构建了全保偏双包层掺镱大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)的单级飞秒激光直接放大系统。光子晶体光纤(PCF)振荡级采用孤子型锁模运转，放大级采用非线性放大技术。该系统获得的高功率飞秒脉冲输出平均功率为34 W，脉冲宽度约为50 fs，重复频率为42 MHz，对应脉冲能量为0.8 μJ，峰值功率为16.2 MW。

液晶相控阵技术通过对光束波前进行控制，实现一定视场范围内高精度、任意角度的光束偏转。研究了基于多孔干涉原理和随机并行梯度下降算法实现光束偏转的方法，并通过对这两种方法进行数值仿真，实现对远场目标的指向，重点分析对比两者的指向精度和偏转效率。提出了一种新型的光束偏转方法，这种方法能够在整个光束偏转范围内都具有较大的指向精度和偏转效率。

提出一种基于反馈光纤环（FFL）的多波长布里渊掺铒光纤激光器（MW-BEFL）。主腔由光环形器构成单通谐振腔，长度为50 m，而FFL选用传统单纵模布里渊光纤激光器的光纤，长度为10 m，以保证每一阶斯托克斯波及反斯托克斯波处于单纵模运行状态，并添加恒温系统消除外界干扰。采用延时干涉法，测得第一阶斯托克斯有45 dB的边模抑制比和3.23 kHz的线宽，通过调节不同的掺铒光纤放大器（EDFA）功率，对比分析了每一阶斯托克斯波和反斯托克斯波的关系。利用级联受激布里渊散射和四波混频效应，最终获得了50 nm(1520~1570 nm)可调范围的间隔为0.084 nm的15个稳定输出的多波长布里渊掺铒光纤激光器。

聚焦特性是一项非常重要的技术指标，它直接决定着激光装置的峰值功率密度。提出了一种大口径、高能量激光的聚焦特性诊断方法，可用于实现皮秒拍瓦激光系统的聚焦特性在线诊断功能。该方法设计了基于长焦距透镜法的高精度、低误差的远场测量单元，然后通过焦斑测量单元的测试数据来校验远场测量单元，最后提供皮秒拍瓦激光聚焦特性的实时诊断功能。实验结果表明，远场测量单元和焦斑测量单元的测试数据之间的相似度接近于1。因此，可以通过远场测量单元的测试数据，结合皮秒拍瓦激光的能量、脉宽数据，实现物理实验过程中的峰值功率密度实时监测功能。

提出了一种计算玻璃纤维/环氧树脂复合材料激光烧蚀过程中能量耦合率的模型，并通过对激光辐照玻璃纤维/环氧树脂复合材料的数值模拟计算了烧蚀过程中的激光透射率及表面温度，与实验结果吻合较好。结果表明，利用该模型可以计算玻璃纤维/环氧树脂复合材料激光烧蚀过程中的能量耦合率。利用该模型进一步计算了不同激光强度下耦合系数的变化规律，计算结果表明，对玻璃纤维/环氧树脂复合材料的激光烧蚀，激光的吸收方式存在体吸收向面吸收转变的过程；激光强度越大，能量耦合率增大到稳定值所需时间越短，体吸收向面吸收转变的过程越快。

为了促进船用高强钢E36激光焊接技术的发展，利用YAG激光器对3.2 mm厚的E36钢板进行对接焊接处理。分析了焊接接头的微观组织形貌与硬度特性；研究了焊接速度对接头性能的影响。结果表明，E36钢激光焊缝(WZ)金属主要由马氏体构成，其硬度高于母材(BM)。焊接接头硬度分布不均匀，在焊缝边缘有着最高硬度；热影响区(HAZ)很窄，且硬度急剧下降。随着焊速变化焊接接头的性能以及硬度特性也发生变化：当焊接速度达到70 mm/s时，焊缝区域的最高硬度达到448.9HV，为所有试样中最高，而其热影响区硬度值下降最快。在垂直于焊缝的负载下，焊接速度为20~60 mm/s的拉伸试样均断裂在母材，而焊接速度为70 mm/s的试样却断在熔合线附近，塑性明显差于断在母材的试样。

对6.3 mm厚AZ91D变形镁合金进行CO2激光对接焊试验，激光功率为3500 W，焊接速度为2.5 m/min，离焦量为+2 mm，氩气流量为10 L/min，并采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和电子万能拉伸试验机考察接头的微观组织、拉伸性能和接头的断口形貌。结果表明：在此工艺参数下，接头焊缝成形良好；焊缝区由细小的α-Mg等轴晶基体组织和沿晶界分布的β-Mg17Al12组成，但存在微观气孔和微裂纹等缺陷；部分熔化区宽度很窄，为50～80 μm，靠近焊缝区一侧晶粒局部熔化，靠近母材一侧晶粒未熔化；接头抗拉强度(UTS)为232 MPa，延伸率约为6%，分别为母材的90%和25%；接头在焊缝区断裂，断口形貌表明为韧脆混合断裂。

为了改善激光选区熔化成型免组装机构间隙结合处的成型质量，制造出具有高表面质量和高致密度的免组装机构，对间隙倾斜面的表面粗糙度进行了理论研究，并对间隙特征进行了设计，分析了激光表面重熔和工艺参数对间隙成型质量的影响。结果表明：间隙倾斜面的表面粗糙度(Ra)理论上由倾斜角和切片厚度两个因素决定，Ra随着倾斜角的增大和切片厚度的减小而减小。采用鼓形孔的间隙特征可以使粉末更容易去除并提高机构的稳定性；采用激光表面重熔工艺，不仅可以提高机构的致密度，也可以改善表面粗糙度。加工过程中，保持激光体能量密度在顺利成型的区域，加工到间隙顶部时，加快扫描速度，能够减少间隙处的挂渣，提高表面质量。采用以上优化条件可以顺利加工出万向节机构，其中外表面Ra=8.25 μm，间隙表面Ra=12.47 μm，致密度为99.1%。

将多普勒探测与正弦相位调制复频域光学相干层析成像技术(OCT)相结合，建立了基于正弦相位调制的全深度频域多普勒光学相干层析成像系统。利用正弦相位调制B-M扫描方法，并采用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号，获得全深度层析及多普勒图像。成像深度范围扩大为原来的2倍，在整幅图像范围内均可获得较高的速度探测灵敏度。基于该系统获得了血流仿体的全深度层析图及全深度多普勒图。实验测量的系统最小可探测速度为5.35 μm/s。

提出了一种在谱域光学相干层析成像(SDOCT)中提取随深度变化的相位误差及补偿该误差的方法。对被测样品的干涉谱作加窗傅里叶变换，得到一幅二维深度-频谱图。样品不同界面对应的干涉谱因加窗傅里叶变换的时频特性而被分离开。对各干涉谱相位分别进行多项式拟合，得到一组随深度变化的相位误差分布。将该深度相位误差分布作为补偿因子实现精确补偿。该方法不仅可完成对多个介质层构成的复杂样品的色散补偿，还可以实现对由于波数采样不均引起的随深度非线性变化的相位误差的补偿。仿真实验和对四层盖玻片样品及人体指甲盖的实验结果表明，该方法能简单精确地补偿系统随深度变化的相位误差，有效地抑制因相位误差导致的系统纵向分辨率随深度的恶化，改善成像质量。

应用Allen造模法制备大鼠急性脊髓损伤(SCI)模型，研究弱激光照射对损伤脊髓组织内肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白介素-6(IL-6)和白介素-10(IL-10)表达的影响。68只SD大鼠随机分为正常组、SCI组和照射组，照射组应用810 nm弱激光经皮照射相应的脊髓损伤节段。分别于术后1 d、3 d和7 d进行BBB评分；1 h、3 h、6 h、12 h、1 d、3 d、5 d和7 d取材，酶联免疫吸附检测(ELISA)法检测受损脊髓组织内TNF-α、IL-6和IL-10的表达情况。实验发现，照射后7 d照射组大鼠BBB评分高于SCI组，且有统计学意义（P<0.05）；与SCI组相比，照射组受损脊髓组织内TNF-α和IL-6的表达量均降低，且在术后6 h、12 h、1 d（TNF-α）和6 h、12 h、5 d（IL-6）差异有统计学意义（P<0.05）；IL-10的表达量在各个时间点均增高，且在术后1 d、3 d、5 d和7 d差异有统计学意义（P<0.05）。结果表明弱激光照射能明显抑制脊髓损伤早期前炎症因子TNF-α和IL-6的表达，促进抑炎因子IL-10的表达，促进损伤后期大鼠运动功能的恢复。

仿真分析了单轴晶体光纤的两层介质模型与三层介质模型所得纤芯模有效折射率的差别，并基于该差别对长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变传感灵敏度进行了仿真分析。结果表明，对两层、三层介质模型的纤芯模，尤其对薄包层光纤有效折射率有较大差别；用两层介质模型和/或材料的折变系数计算所得的长周期光纤光栅的外界环境折射率、温度和轴向应变灵敏度有较大的误差，需应用三层介质模型以及模式的有效折变系数进行准确计算。据此计算了上述3种传感灵敏度与光纤包层半径及包层模序数的关系。为长周期光纤光栅传感器的分析设计提供了指导。

光学电压传感器是重要的电压传感仪器，因其具有独特的优势，得到了越来越广泛的应用。提出并实现了一种新型准互易反射式集成光学电压传感器， 采用基于钛扩散技术制作的Y切Z传铌酸锂直波导作为电场敏感元件；采用全数字闭环负反馈检测技术和数字滤波技术处理信号，使其具有较大的动态范围和较好的线性度，同时可分离信号中的交直流信号，方便进行温补与交流电压的测量。搭建的实验光路互易性良好，在1.4~4600 V的工频交流电压下，系统测量的最大非线性误差仅为0.35%，80~4600 V的测量变比误差小于1%。

提出一种基于波分复用(WDM)的长周期光纤光栅（LPFG）光化学多参量传感技术。利用均匀LPFG相邻级次包层模耦合谐振峰间的波长间隔，通过设计不同传感单元LPFG的光栅周期，进一步通过包层腐蚀或镀膜调整各LPFG特征峰位置，使各LPFG的特征峰在观察波长范围内相互错位。前一个LPFG激发的包层模不能传输到下一个LPFG，不同参量变化引起的各LPFG特征峰移动相互独立，通过考察系统输出复合谱中各特征峰的偏移可得各参量值。实验中利用镀聚炳烯胺盐酸盐/聚丙烯酸(PAH/PAA)薄膜LPFG、薄包层LPFG和镀TiO2/SnO2复合薄膜LPFG组成多参量传感系统，实现了对pH值、NaCl溶液浓度和相对湿度(RH)三个参量的传感。基于WDM的LPFG光化学多参量传感原理与结构简单，各LPFG的结构设计可独立进行，适用于对多个光化学环境参量的分布式测量。

提出了一种基于多波长光纤激光器和色散器件级联的微波光子带通滤波器。该滤波器利用双折射光纤环镜对多波长激光器的输出信号进行整形，整形后的信号作为滤波器的抽头，实现滤波器的可重构性。将标准单模光纤（SSMF）和光纤延迟环级联作为延迟单元，实现滤波器的频率选择性。通过改变波长间隔或标准单模光纤的长度，实现滤波器的可调谐性。研究结果表明与只用SSMF作延迟单元相比，该微波光子滤波器的品质因数Q提高了182.26，3 dB带宽减小了670 MHz。

采用高温热分解法合成了粒径约为10 nm的Li:YF4:Er,Yb纳米晶，将其掺杂入SU-8聚合物作为光波导放大器的有源层。以SiO2作为下包层，P(MMA-GMA)聚合物作为上包层，制备了Li:YF4:Er,Yb纳米晶掺杂SU-8聚合物平面光波导放大器。当980 nm波长抽运光功率为180 mW时，在1535 nm波长处获得了2.3 dB/cm的相对增益率。

采用水热法制备出了掺钕四氟化钆钠（NaGdF4:Nd3+）纳米球和纳米棒。用X射线衍射（XRD）仪和扫描电镜（SEM）对纳米晶的晶型结构以及形貌进行了表征。研究了纳米晶在室温下的发光特性，并与体材料作对比。对于Nd3+发光的热淬灭特性，拟合了纳米晶和体材料在变温荧光下的实验数据。发现与体材料相比，NaGdF4:Nd3+纳米晶具有更小的热淬灭速率，纳米球与纳米棒的热淬灭速率相近。

研究了不同气氛下（空气、氧气和氮气）248 nm准分子激光辐照对ZnO薄膜光致发光谱和电学性质的影响；采用高斯线形对不同气氛下激光辐照ZnO薄膜的光致发光谱进行了拟合，并对位于3.31、3.28、3.247、3.1 eV附近的发光峰进行了归属指认和机理分析。激光辐照ZnO薄膜导致紫外光致发光峰强度明显下降并伴有少量红移，并且使得位于3.274 eV的一级声子伴线(D0X-1LO)发射峰和位于3.203 eV的二级声子伴线(D0X-2LO)发射峰合并形成一个峰。富氧条件下激光辐照ZnO薄膜会造成受主浓度增加，施主浓度减少；而缺氧条件下激光辐照ZnO薄膜会造成受主浓度减少，施主浓度增加。激光辐照后ZnO薄膜的载流子浓度上升了2个数量级，载流子迁移率上升了1个数量级，电阻率下降了3个数量级。

在分析了摄像机模型，单双目视觉系统标定以及消隐点几何特性的基础上，提出了一种新型正交消隐点的摄像机标定方法。该方法仅使用摄像机在不同视角拍摄多幅(至少3幅)棋盘格模板的图像。引入一二阶径向畸变的摄像机针孔模型，主要由消隐点的计算与优化，消隐点法线性标定内部参数，新型改进的Tsai两步法线性求解外部参数和非线性全局优化等组成。实验结果表明,所给出的方法在全局优化之后，7幅图像的重投影平均像素误差为0.0043 pixel，耗时为1.7911260 s,可见速度快且精度高，可广泛应用于计算机视觉研究、工业三维测量与重构、道路测绘等多个领域的摄像机标定。

分析了基于CCD相机激光光束宽度测量过程中引入的噪声特性，并给出了有效抑制噪声的方法，说明了在光束宽度计算过程中尤其采用4σ算法时，积分区域选取的意义及正确的选取方法，总结了影响基于CCD相机激光光束宽度精确测量的因素。通过实验，进一步验证了用4σ算法计算激光光束宽度时，特别是计算小光斑光束宽度时，积分区域限制的重要性；提出了积分区域最佳选取值为2倍的光束宽度；得出了如无噪声影响，CCD空间分辨率对基于4σ算法的光束宽度结果影响很小的结论，即采用4σ算法虽然光束宽度内仅有十几个甚至几个像素，仍可得到准确的光束宽度值；定量给出了高频随机噪声对基于4σ算法的光束宽度测量重复性的影响，以及提高测量结果精确度的方法；分析了基底噪声对基于4σ算法的光束宽度测量结果的影响程度，提出了正确的背景图像扣除方法以减少基底噪声的影响。

近年来，结构光三维成像技术被深入研究和广泛应用，通常采用的技术方案是投影一个载频条纹到被测物体表面，利用成像设备从另一个角度记录受被测物体高度调制的变形条纹图像，再从获取的变形条纹图中数字解调重建出被测物体的三维数字像。与全息三维成像对应，结构光三维成像过程也是两步成像过程，先获取物体被结构光条纹调制的二维图像，再从包含变形条纹的二维像中通过数字重建方法得到物体的三维数字像。主要回顾了本课题组在基于结构光三维成像技术研究中的进展，讨论了基于傅里叶条纹分析、相移条纹分析和动态过程三维成像的方法，给出了相关应用的实验结果，分析了结构光三维成像的特点以及该领域今后的发展动向。

数字全息成像具有全视场、非接触、无损伤、实时性和定量化的独特优势，特别适合于无染色剂标记生物样品的定量三维重建和快速跟踪，在生物医学应用领域发展迅速。介绍了生物细胞的数字全息相衬成像原理，从细胞形貌测量、生物学参数、生理状态、药效反应和动力学分析几方面概述了数字全息成像方法在生物医学领域中的研究和应用进展，讨论了数字全息在生物医学方面的发展前景，并指出了数字全息成像所面临的挑战和亟待解决的技术问题。

随着太赫兹技术的逐渐成熟，太赫兹数字全息术作为其中重要的发展方向之一，已经逐渐在众多科研和工业领域显示了强大的应用实力。近些年太赫兹全息术取得了长足的进展，包括系统的开发和应用。建立了一套具有高分辨率、高信噪比、偏振测量能力的太赫兹全息成像系统。同时，将此系统应用到了对平板太赫兹元件的性能表征，对太赫兹波导进行模式测量，对会聚太赫兹波产生的Gouy相移进行观测。这些工作对最终将太赫兹数字全息术用于实际具有积极的推动作用。

非相干光照明的物体或者自发光物体可以认为是由无数多个点源构成,任意两点发出的光波之间不具有相干性,但同一物点发出的光被分束后是空间自相干的。非相干全息术通过某种光学技术将来源于非相干物体上同一点的光波分为两束，由于这两束光是空间自相干的，因而两束光可以干涉实现点源全息图的记录，所有点源全息图的非相干叠加构成物体的全息图。对全息图进行光学或数值重建可以恢复原始物体的三维信息。近年来，非相干全息术已经在非扫描荧光显微成像、非相干彩色全息显示和自适应光学领域展示了其应用的潜力。阐明了非相干全息术记录和再现的基本原理，介绍了记录非相干数字全息图的系统与方法,重点分析和讨论了基于自参考光的同轴数字全息成像系统的成像特性、应用的优势和局限，并介绍了这些方面的研究进展。

体全息光学相关器基于体光栅的布拉格选择性，在记录介质的共同体积中利用角度复用存储多幅图像。相关计算时，输入一幅图像可以并行输出所有的相关点，每个相关点的强度代表输入图像与对应库图像之间的内积值。分析了提高体全息光学相关器运算精度和速度的关键技术。总结了近年来采用散斑调制技术降低相关通道串扰，采用二维随机交错方法消除图案依赖行为，采用多样本并行估计方法提高并行运算精度，采用读写分离结构实观系统小型化集成等体全息光学相关器技术方面的研究进展。目前体全息光学相关器已经实现超过7500通道的并行运算能力，运算速度达到138 GHz。系统在遥感图像匹配、指纹识别等领域的成功应用证明了其高速高精度运算能力。

同轴数字全息具有光路简单、光源相干性要求低、充分利用相机空间带宽积等优点，在各领域得到了广泛的应用,但其固有的离焦共轭像会严重降低再现像的质量。相位恢复算法能够借助记录面的光场强度，恢复出丢失的相位信息，去除共轭像的影响。对同轴全息的记录与再现、相位恢复算法的分类和基本步骤逐一进行了介绍，并按照约束条件、多物距、多波长、初始值优化这四个方面对各种相位恢复迭代算法进行了分析和讨论，列举了各种算法的约束条件和实验结果，最后对算法的发展进行了展望。

人眼是三维显示的第一接受器官，在深度视觉、空间/时间分辨、颜色/亮度响应等过程有其独特作用。针对三维显示中的立体图像质量、观看舒适度和临场感特性，对自由立体显示器中立体视疲劳、表面形变、大视场角显示质量和色带效应进行研究，从柱透镜的脉冲响应函数出发进行分析，并提出解决方法，在此基础上将多视点自由立体显示用于澄江古生物群科普宣传。同时讨论了集成成像中单元图像处理、立体深度和显示分辨率的问题，以及全息显示技术中的人眼视觉特性。

在离轴数字全息的应用研究中，将数字全息图视为单位振幅平面波照射下的光波场，利用1次快速傅里叶变换(FFT)计算菲涅耳衍射积分是最流行的物光波前重建方法(简称1-FFT法)。然而，用球面波为重建波，利用像平面滤波技术及角谱衍射理论，存在需要4次FFT的另一种波前重建方法(简称FIMG4FFT法)。基于快速傅里叶变换理论对这两种方法进行研究。结果表明，尽管FIMG4FFT重建方法需要进行4次FFT计算，却能用较少的计算资源高效率地重建同等质量的物光场。为便于实际应用，详细给出FIMG4FFT方法在彩色数字全息图像重建及物体微形变检测中的应用实例。

提出了一种基于4f成像系统和衍射光栅结构的连续变频技术，利用该技术设计并制造了一套三维(3D)图像激光打印系统，可实现幅面为15 cm×20 cm的大视角(大于90°)、真彩色3D图像的激光打印输出。分析了3D图像中的变频结构特性，获得了变频结构参数的数学表达式。详细解析了连续变频结构的实现原理，推导了变频规律。通过实验证实了连续变频原理与输出系统的有效性，实现了彩色3D图像的激光打印输出。

针对表面高度起伏较大的物体的三维形貌测量问题，提出了一种改进的离轴双波长数字全息测量方法。利用偏振分光原理，将两个波长的物光信息同时记录在一幅全息图上，并借助两个波长的频差形成远大于单一波长的等效波长，从而将数字全息术的纵向测量范围拓展到微米甚至毫米量级范围，有效克服了单波长数字全息术测量形貌起伏较大物体时不可避免的相位去包裹问题。对微米量级高度起伏的台阶状样品形貌进行了实验测量，测量结果与样品标称值及台阶仪测量值具有很好的一致性，证明了该方法的有效性。

为了实现自然的三维显示，需要按照真实物体呈现方式同时具有双目视差和平滑的运动视差。增加视点数量并提供平滑运动视差通常需要大量的空间信息，依靠大量的数据信息最终可以实现模拟真实场景效果的目的。全息立体图可用于显示三维离散图像或一组三维的空间数据，具有良好的观测效果。给出了三种实现平滑运动视差的三维显示方法，显示效果等同于全息立体图。基于液晶显示屏生成的数字蒙版与高精度柱镜阵列，实验实现了56°角内1200个视点连续的三维显示。在50.7 cm×28.5 cm的显示屏幕上实现超过40 cm的景深。利用尺寸为1.3 m×1.8 m的全息功能屏幕、视频服务器、相机投影机阵列，可以实现高连续性三维场景再现，深度超过1 m。利用分辨率为3840 pixel×2160 pixel的50 inch(1 inch=2.54 cm)液晶显示面板生成的数字断层图像实现了具有连贯运动视差的三维显示。

全息信息简化是基于波前再现的全息三维显示技术重要的课题。对全息三维显示的信息量与再现像的视差角与视场角的关系进行了分析，指出全息三维显示的巨大信息量是为了提供足够的视差和视场，以达到人眼立体视觉效果。在牺牲垂直视差并保证足够的水平视差角和视场角的条件下，利用光栅对全息图进行取样，计算了光栅取样全息图对信息压缩的极限，分析了简化后全息图再现像的特点和存在的问题，对于信息压缩后的光栅取样全息图的再现进行了设计。

介绍了在超快液晶薄膜中的实时动态全息视频显示成果，此薄膜不需任何外加电场，而且全息响应在毫秒量级，全息图建立和自擦除时间最快都可达到1 ms。利用红绿蓝(RGB)三色激光作为读出光获得了无串扰噪声红绿蓝三色实时动态全息显示视频。基于全息复用技术，在此材料中实现RGB模式彩色全息视频显示。由于此材料易于制成大尺寸显示屏，而且无需任何外加电场，所以由其制成的空间光调制器或其他全息显示器件无需进行像素化，这样就能有效地克服现有空间光调制器的缺陷，其有望在未来被开发成高分辨率、大尺寸、彩色实时动态全息三维视频显示器。

提出了一种以再现参考光的峰值信噪比为判断条件的获取实际相移量的两步相移数字全息迭代方法。分析了再现参考光波的峰值信噪比与相移误差的关系。通过峰值信噪比的1阶、2阶导数来判断迭代方向及峰值信噪比是否达到最大，从而优化迭代过程、降低相移误差，并采用光学实验验证了该方法的可行性。

高计算复杂度是目前制约全息显示的瓶颈，针对这一难题，提出一种基于压缩感知理论与无透镜傅里叶变换相结合的全息图编码与重现算法。利用计算机生成无透镜离轴傅里叶全息图，再用压缩感知理论对全息图进行压缩采样和恢复，最后对恢复出的全息图进行重构，并再现原始图像。该方法的优点在于只采样全息图的部分有用系数就能很好地恢复出原始图像，从而解决了传感器采样数据过大的问题，降低了计算复杂度。仿真实验表明，20%的压缩采样时，重构出的全息图的相关系数为0.85，而50%时该系数为0.9999。通过搭建的全息再现系统进行实际验证，实验结果表明能够清晰地再现出原始图像，从而证明了该方法的可行性。

为了快速准确地对含有噪声及欠采样区域的包裹相位图进行展开，采用理论分析与计算机模拟及实验验证相结合的方法，对基于快速傅里叶变换(FFT)的最小二乘法(FFT-LS)、基于离散余弦变换(DCT)的最小二乘法(DCT-LS)、基于横向剪切干涉的最小二乘法(LS-LS)和预条件共轭梯度法（PCG）的四种相位解包裹算法作了对比研究。结果表明：DCT-LS算法运行速度最快，LS-LS算法次之，PCG算法速度最慢,PCG算法对于噪声的免疫力最强,LS-LS算法处理欠采样的效果最好。

提出了一种基于分数傅里叶变换的多平面成像方法。由空间光调制器给出时序加载全息图的同步信号到外部控制电路，外部控制电路根据时序信号控制聚合物分散液晶屏的开关，使非成像位置的聚合物分散液晶屏为开态，让光通过；使成像位置的屏为关态，接收图像。时序加载不同的全息图，在不同屏上得到了不同的像，利用人眼的视觉暂留效应，实现了多平面全息成像的三维显示。该投影方法可以通过控制光学系统参数和计算全息图时的采样条件调节深度范围，系统简单，易于实现。

通过引入膨胀因子随光栅胶层厚度的变化函数来研究在非均匀膨胀和收缩情况下反射体全息光栅的衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法，借用Lorentz-Lorenz公式，推导出了平均折射率和折射率调制度的解析表达式，据此考察了膨胀因子以定值、线性函数、非线性函数变化时光栅+1级衍射光的衍射特性，分析了平均折射率和折射率调制度在理想情况和衰减分布时对光栅角度和波长选择特性的影响程度。给出了胶层厚度及光栅周期与曝光和未曝光区域膨胀因子的函数关系，讨论了光栅衍射效率对膨胀因子变化的响应程度。结果表明，膨胀因子的非均匀分布令光栅衍射效率曲线出现非对称分布；相比于折射率调制度，光栅布拉格角度对平均折射率变化较为敏感；曝光与未曝光区域膨胀因子会影响衍射效率峰值、光栅角带宽和波带宽。该结论对反射体全息光栅曝光后水浴膨胀与脱水收缩等工艺具有理论指导意义。

讨论了数字全息显微术(DHM)相位测量中显微物镜引入的附加相位的消除问题。在DHM相位重构中，对比分析了两步法和泽尼克多项式拟合两种附加相位补偿方法，进行了相应的实验研究，实现了多种生物细胞的相位重构。研究结果表明：两种补偿方法均能有效地消除DHM系统的相位误差。对于两步补偿法，由于补偿计算需要两组数字全息图，实验记录耗时，对记录系统稳定性要求高，但采用有、无样品相位相减的补偿算法简单，能够同时补偿显微物镜带来的球面附加相位和光学系统带来的其他相位畸变，相位重构的精度高。对于泽尼克多项式拟合补偿方法，补偿计算仅需一组数字全息图，在动态相位测量中具有特别的优势，但相位重构的误差随待测细胞高度和面积的增大而增大，为提高泽尼克相位补偿法的相位重构精度，需要保证物体的光学高度或者是物体的横向面积在一个较小的范围内变化。上述结果将为DHM用于生物细胞相位重构的研究和应用提供参考。

太赫兹Gabor同轴数字全息系统具有分辨率高和结构紧凑等特点，有潜在的应用前景。由于其系统横向分辨率与记录距离有关，因此研究实际成像系统中记录距离对成像结果的影响具有重要的应用价值。利用自制的分辨率分别为0.4 mm和0.6 mm的目标，进行了不同记录距离的2.52 THz Gabor同轴全息成像实验，并通过角谱法实现数字再现。对再现像进行了对比分析，实验结果接近横向分辨率随记录距离变化的理论计算结果。

结合条纹和随机图案投影的优点，提出了一种基于条纹投影相移和伪随机图案相结合的三维成像方法。所提方法仅需投影四幅等步相移的正弦条纹图和一幅伪随机结构光图案，结合极线约束条件和图像相关技术，建立左右两相机折叠相位的相互对应关系，在相互对应的折叠相位中，用相位值作为编码来实现双目对应匹配，故不需要对折叠相位进行展开便可实现三维重建。实验结果表明，与传统方法相比，所提方法减少了图像序列采集时间，其三维重建结果的致密性、稳健性以及精度都未受影响。

提出了一种基于集成成像生成三维(3D)物体计算全息图的方法。利用微透镜阵列获取微图像阵列，通过像素提取获得正交投影子图像阵列，根据3D中心切片理论，将各正交投影子图像的二维(2D)傅里叶频谱放入相对应的3D傅里叶空间中，提取其相交的部分并叠加，可以获得3D物体在透镜后焦面的频谱信息分布。计算出在一定传播距离处的菲涅耳衍射分布，用全息编码方法生成菲涅耳计算全息图。进行模拟再现，给出在不同再现距离上获得的再现像，验证了该方法的可行性。该方法能够在非相干光照明的情况下采用3D傅里叶频谱制作真实3D物体的全息图，它减小了系统的复杂程度，在算法实现上更加简单。

提出了一种基于空间光调制器（SLM）的全息透镜（HL）记录波前像差的优化方法。从波像差理论出发，经过理论分析得出透射式全息透镜的像差表达式与像差特性，绘制了全息透镜的一维像差曲线，提出了基于空间光调制器的全息透镜波前像差优化方法。使用空间光调制器加载全息图，通过单次曝光记录全息透镜减小像差的方法进行了理论分析，并针对空间光调制器的零级串扰以及视场孔径光阑对全息图和像差的影响进行了讨论。使用优化后的全息图函数计算出包含非球面信息的全息图，设计了基于空间光调制器的全息透镜记录与成像实验，实验结果与理论分析相符合。

针对数字全息再现像存在的散斑噪声干扰严重、对比度低等问题，提出了基于散斑去噪各向异性扩散(SRAD)模型及非下采样Contourlet变换(NSCT)的数字全息再现像像质改善方法。采用SRAD模型消除再现像中的散斑噪声，然后进行NSCT分解，产生一个低频子带和若干高频子带。基于非线性增益函数和图像分割方法调整低频子带系数，并利用改进的NSCT模极大值法对高频子带进行边缘增强。大量实验结果表明，与近年来提出的非线性扩散去噪方法及NSCT增强方法相比，所提出的方法能更有效地消除散斑噪声、提升再现像的对比度，并得到光滑清晰的边缘，从而提高后续数字全息识别与测量的准确度。

提出了一种用于数字全息显微术的可靠度导向快速相位展开算法。对可靠度参数进行非线性量化，结合查表法实现数字全息再现像的相位可靠快速展开。在截断相位图中找出残差点，以残差点的物光强度最大值为阈值，将测量区域分为可信区域和非可信区域。将可信区域的可靠度设为最大，非可信区域的光强进行量化，作为其可靠度。这样制作了一张非线性质量图。利用该质量图，结合查表洪水算法进行相位展开。实验中，采用非线性查找表的相位展开算法比传统洪水算法快68倍以上，比枝切法快近3倍。结果表明，该算法在保持高质量相位展开的情况下大大提高了速度。

多普勒激光雷达因测速精度高、无测速误差积累等特点而成为现代组合导航中的重要设备。为了提高车载三波束多普勒激光雷达的系统探测性能，采用 Oren-Nayar模型仿真分析了波束照射角度与回波功率之间的变化关系，并研究了系统信噪比和测速灵敏度随波束照射角度的变化关系，综合考虑了波束照射角度对三者的影响，给出水平偏转角和天顶角余角的选择范围。通过实验对比天顶角余角为53°和24°时的测试结果，验证了分析得到的角度选取范围的合理性。

设计了一种基于双振镜的多元并扫激光雷达，能够实现30°×30°的视场，成像帧速率最大可以达到10 Hz。详细分析了该激光雷达的发射和接收光学对于振镜的不同需求，计算出不影响系统性能情况下的最小振镜几何形状，为振镜小型化设计提供了理论依据；同时通过激光雷达坐标计算的理论公式推导并分析了系统的误差影响，根据分析结果设计了系统误差标定实验，实验获得的图像的平面共面精度达到3.6 cm，和理论计算值相符。

为了达到机载激光雷达系统潜在的精度，需要对其整个系统进行严格的检校。在分析系统安置参数误差及其影响的基础上，建立起平行重叠航带之间差异分析模型。在平行重叠航带之间运用优化的迭代最近点(ICP)算法，通过配准过程，得到相邻重叠航带之间的刚体变换矩阵，再利用由外方位角元素和平移向量所组成的变换矩阵，实现平行重叠航带之间差异检测。将表达差异的转换参数运用到重叠条带误差分析模型中，推导系统安置参数偏差完成检校。试验结果通过与Tmatch软件检校过程进行对比分析，验证了这种方法的有效性。

采用激光拉曼光谱技术对氯苯的25种不同浓度的CCl4溶液进行了分析。研究结果表明，在253~0.44 g/L范围内，氯苯及CCl4振动拉曼光谱强度比与氯苯浓度呈线性关系，利用最小二乘法拟合得到线性相关系数为0.995。激光拉曼光谱技术具有快速、无损、样品无需预处理等优点。该研究为有机分子的低浓度测量及定量分析提供了一种可行的光谱测量方法。

建立了一种利用显微拉曼光谱原位定量技术筛选平板培养基上类胡萝卜素高产突变株的方法。为了消除培养基背景信号对定量结果的影响，采用矢量校正算法对光谱数据进行预处理，得到了不含培养基干扰的菌落净信号。比较了不同光谱收集方式对光谱重现性的影响，发现扫描方式较定点检测能获得重现性更好的菌落净信号。利用共焦显微拉曼光谱分析了平板培养基上红酵母菌落中的类胡萝卜素，并用光镊拉曼光谱法进行验证，两种方法所得类胡萝卜素1512 cm-1拉曼峰值呈现良好的线性关系，说明了共焦显微拉曼光谱定量检测平板培养基上菌落内类胡萝卜素的可行性。用该方法对红酵母诱变菌进行筛选，筛选出两株类胡萝卜素高产菌株。研究结果表明该菌种筛选方法比传统方法更客观、高效。