采用直流反应磁控溅射技术在不同靶电流条件下制备了Cr-Cr2O3金属陶瓷薄膜，并利用椭偏仪测量了薄膜的光学常数。采用修正的 M-G (Maxwell-Gannett)理论对不同靶电流条件下沉积的Cr-Cr2O3金属陶瓷薄膜的光学常数进行了理论计算，并将理论计算结果与实验数据进行了比较。结果表明：随着靶电流的增加，膜层中金属微粒体积百分比增加，金属微粒的平均半径随之增加，且金属微粒逐渐趋于扁圆形，理论计算结果与实验结果吻合较好。

甲酸根离子(HCO-2)作为一种“空穴-电子转换剂”掺杂在卤化银中，可以提高潜影形成过程中光电子的利用率,俘获光生空穴，减少潜影形成过程中电子-空穴复合所造成的电子损失；同时还可以释放一个电子，提高感光效率。采用微波吸收介电谱检测技术，检测了不同浓度甲酸根离子均匀掺杂的立方体AgCl和AgBr乳剂在脉冲激光作用下所产生的光电子衰减信号。通过比较光电子的衰减时间和寿命，分析了甲酸根离子的空穴陷阱效应对立方体AgCl和AgBr乳剂中光电子衰减行为的影响，并得到了最佳均匀掺杂浓度（10-5mol/molAg）。

从APD阵列的响应特性出发，利用随机点的统计学描述，建立了光子计数成像的一维点过程数学模型。通过对光子事件发生时间统计特性的描述，分析了光子密度、门控时间、雪崩光电二极管恢复时间等因素对光子计数成像质量的影响。并采用蒙特卡罗方法，对近红外波段不同光子密度条件下多种计数间隔的成像质量进行了仿真，给出了仿真结果。

应用共路外差干涉法分析了牛顿望远镜的偏振特性。根据菲涅耳定律求出了入射光s-偏光和p-偏光入射到望远镜各点的反射率公式。给出了共路外差干涉法测量牛顿望远镜偏振特性的实验装置原理图。采用632.8nm的外差光源，分析了牛顿望远镜对s-偏光和p-偏光反射系数、相位差以及对入射光偏振度的影响，根据入射角度的不同绘制了相应的变化曲线。结果表明：镀有铝膜的牛顿望远镜对入射光偏振特性影响较小，s-偏光和p-偏光反射系数相差不到0.01，偏振度变化不超过0.07，适用于激光遥感偏振成像的接收系统。

对多模干涉器的模场传播常数和光场分布进行了精确计算，并与解析近似计算结果进行了比较，发现在弱限制条件下出现输出光能量降低的真正原因：一方面是波导支持的导模数量较少，导致高频成分丢失，自映像质量下降，形成大的弥散斑，造成输出耦合损失；另一方面是由于高频辐射模直接辐射带走了一部分能量。该分析结果纠正了传统的模糊观念。

导光板是背光模组的关键组件，决定了出光效率以及出光均匀度。以2颗LED灯的侧背光为例，建立其相应模型，并运用光学理论推导出导光板网点排布规律，得到一个形式简约的公式，并将其进行扩展应用，推出了多颗灯情况下的导光板排布规律；另外将其进行等效应用，得到了线光源情况下的导光板的排布规律。

在激光指令传输中，为形成较大的光覆盖区域并增大光源的作用距离，将多个特性相同的激光器矩阵排列，构成组合光源。针对点阵多激光管光源在开放环境下成像光斑具有多个光能中心的特点，采用形态学滤波中的开启、闭合运算，去除背景噪声斑点，平滑光斑内部的小光斑叠加和干涉造成的不规则条、孔，使得能以简化的分割和定位算法，快速获得接近实际的完整光斑边界，光斑中心定位精度的均方差不大于1.2%。该方法能快速、高精度定位这种叠加光斑的中心，为远距离激光对准和测控提供了可靠的精度和时效保证。

由于环境温度的作用，光学器件在应用环境中的热变形对光学仪器的整体性能产生重要影响，利用有限元分析系统对光学器件进行热变形分析，为器件设计提供科学依据和有效支持。提出基于Ansys的热变形仿真分析方法。该方法包括问题分析、Ansys热变形仿真和数据分析3个步骤，并对每一步内容作了详细阐述和说明。以某光学仪器的关键器件为分析对象，用该方法进行了热变形仿真，应用Matlab软件进行结果数据分析，得到了器件反射镜面在40℃和-10℃环境温度影响下产生的平行差分别为7.62412″和8.56317″。所得结果与实验结果基本一致，证实了该方法的有效性。

分析了使用VLC进行光学相关识别时目标图像长宽比的变化对匹配滤波器畸变容限和输出相关峰值的影响。利用非约束纯相位匹配滤波器算法和迂回相位编码方法设计匹配滤波器，对具有确定面积和透过率而长宽比不同的矩形目标进行光学相关识别。模拟和实验结果表明：随着目标图像长宽比增加，匹配滤波器畸变容限减小，相关峰值降低。VLC更容易识别长宽比趋近1的目标图像。

由于加工超光滑表面的古典法对加工者的经验要求较高，而且不同的加工者对抛光时间长短的控制也有较大的差别，因而下盘时机的准确判断将会对超光滑表面的加工质量产生严重的影响。为此，对所加工的全反射棱镜的超光滑表面抛光不同的时间，并在全反射条件下，根据全反射棱镜背向散射光斑的大小和亮暗的程度来判断所加工超光滑表面加工质量的检测方法，最终给出超光滑表面的抛光质量随抛光时间的变化。在实验结果的基础上得出了抛光质量随抛光时间交替变化的基本规律，并根据加工经验总结出了超光滑表面加工过程中的注意事项和判断下盘时机的基本方法。

理论上分析转镜分幅相机分幅系统放大倍率不一致产生的原因及因素。给出分幅系统放大倍率校正的方法，并以国内普遍使用的FJZ-250型高速转镜分幅相机为例，给出了每一画幅的放大倍率和校正系数。实测结果表明：分幅系统的放大倍率的不一致性与理论计算值差异较大，以校正的数据去分析处理爆轰实验底片，其空间测试精度有较大的提高。

共形结构不仅具有良好的空气动力学性能，且不存在由于表面不连续造成的热梯度等问题，因而采用该结构的导弹整流罩更有利于导弹系统作战性能的提高。但共形结构中采用的非球面罩曲面使整流罩表现出许多不同于球形结构的动态特性，这给导引头中光学系统的设计带来很多困难。在分析共形结构一阶特性的基础上，利用矢量像差理论详细分析该结构中初级像差产生的原因及特点，并提出通过控制元件的倾斜和偏心来平衡所有观察视场中像差的方法。软件分析结果表明：加入倾斜偏心元件后可适当放大小观察视场中的像差，共形整流罩在各观察视场中具有较为稳定的像差特性，有效地改善了该结构的成像质量。

通过一个大尺寸菲涅尔透镜的设计，比较了曲面菲涅尔透镜和平面菲涅尔透镜在光学像差方面的差异。从应用角度看，菲涅尔透镜设计属于准直系统，一般采用平面结构，但由于其成像要求的特殊性，通过运用P-W方法进行分析和比较，结果表明：曲面的设计较之于平面更具优势，并在ZEMAX中分别对2种菲涅尔透镜进行建模，验证了结果的正确性。但这不表明曲面菲涅尔透镜在像差方面一定比平面菲涅尔透镜更具优势，它还与实际应用场合有关，为此，提出了不同的结构参数设计。

信噪比是微光像增强器的重要参数之一，其值的高低决定着微光成像系统在低照度条件下的探测距离和图像清晰度。根据线性系统信噪比链理论, 借助系统噪声因子关系式，分析了微光像增强器的理论极限信噪比(S/N)limit。在系统各级不附加任何噪声（即NF=1），或仅受输入光子及光电子数涨落噪声限制的理想条件下,给出像管不同量子效率（η）之最大信噪比(S/N)limit的表达式；在η=1的极限情况下，求得该像管的理论极限信噪比(S/N)limit≤64。

结合电容反馈互导放大结构读出电路，理论上分析了积分时间与红外成像系统输出信号之间的关系，在电路参数固定的情况下得出：输出电压的变化和积分时间的变化成正比。以电子数法分析了积分时间与噪声及比探测率之间的关系，推导出积分时间、噪声和比探测率之间的非线性关系。分析了积分时间变化对非均匀性的影响，并通过试验对其变化趋势和影响效果进行了验证。说明了积分时间选取对红外焦平面成像系统设计的重要性。

介绍了一种响应波长在120 nm～200 nm的紫外像增强器。它是采用CsI直接蒸镀在MCP上形成反射式光电阴极，用MgF2作为输入窗口，光纤面板作为输出窗的真空光电器件。管型采用近贴聚焦结构，从而使得弥散和像差得以减小，具有高的量子效率和空间分辨率。在静态测试中，空间分辨率可以达到18 lp/mm。该紫外像增强器可用于空间科学和天文观测领域。

管道是气体和液体传输的重要手段，管道内表面的检测对于工业和国防中管道泄漏事故的预防，减少环境污染和经济损失非常重要。随着电子和半导体技术的发展，光电器件逐步趋于小型化。介绍了基于激光阵列、PSD光电检测、光环截面以及结构光检测等光电检测方法的测量原理和系统构成，并在此基础上对不同光电检测方法的优缺点进行了分析和比较。分析结果表明：光电检测技术适用于管道内表面检测；并朝着快速识别缺陷、管道内表面瑕疵的精确三维测量以及三维图像直观显示管壁缺陷的方向发展。

针对平视显示器的视差测量要求，在分析各种传统检测方法的基础上，提出了一种利用CCD和数字图像处理技术相结合的基于计算机视觉的视差自动测量方法。详细论述了该方法的测量原理，推导并建立了视差角与离焦量的关系，对该测量装置的光学系统进行了合理设计，并对后期图像处理和分析进行了具体研究。该方法利用CCD取代人眼的主观判读，测量精度在30″以内，具有快速准确、定量直观等特点，大大提高了平视显示器的调校精度和效率。

为了同时对大坝等大型建筑物被测点水平和垂直方向的移位进行监测，提出一种基于几何投影关系的光电检测方法。该方法以透明模板为基底，将计量光栅制作在模板上，模板固定在被测结构上。利用自聚焦准直镜的出射光束反映基准线与模板的相对空间关系。接收镜将载有模板模式信息的返回光束经光缆传输到监测中心，经光电变换、模数转换和信号分析解出被测点的水平和垂直位移量。实验表明：水平位移检测精度可达0.005mm，垂直位移检测精度可达0.1mm。检测点处的传感器无任何电子学元件，对被测点部位恶劣环境有很好的适应能力和抗干扰能力。

茶叶表面颜色是评定茶叶质量优劣的重要指标，介绍了一种基于光纤光谱仪测量一定范围内茶叶表面颜色特征的方法。该方法根据CIE色度系统三刺激值1计算式，通过光纤光谱仪分别获得茶叶和已知光谱反射率的标准白板反射光谱功率分布，计算出茶叶表面的反射率，再代入相关常量获得茶叶的三刺激值来表征茶叶表面颜色。装置采用溴钨灯作为光源，将茶叶及标准白板样品依次放入暗盒，在自编程序控制下，旋转步进电机多次采样，并利用光纤光谱仪同步接收反射光信号，对数据进行采集、储存、计算等。实验证明，该方法能快速测量出茶叶表面总体颜色，测量的重复性精度约为1%。

无光焦度校正板自身无色差和像面弯曲，并具有弯曲PW和光焦度φ11及φ12等变数，为光学系统的像差校正提供了很大的方便。以系统通光孔径Φ=300mm，相对孔径A＝1/2，光阑位置lp2/f=-0.75,主镜为球面反射镜为例，设计了一种带有无光焦度校正板且光阑在主反射镜前的牛顿光学系统。通过对光学系统进行光线计算、像差分析和优化，得到校正板透镜最佳光焦度φ11＝5，优化后的轴上点波前像差W＝0.0001λ。

为了提高二元光学优化的速度，进一步提高衍射效率，提出一种采用蚁群算法直接设计二元衍射光学元件(BOE) 的方法, 构造出了用蚁群算法对具体的二元光学元件——矩形孔径多阶相位调制型光栅优化设计的有向图, 用Matlab对其结果进行仿真，缩短了运行时间，并使元件的衍射效率得到进一步提高。

GeSi/Si异质结布拉格反射光栅是硅基光电集成领域一种重要的集成光学器件，分析GeSi/Si异质结的传光特性和布拉格条件，通过求解布拉格光栅方程，得出耦合系数和耦合效率。利用上述原理设计出入射角为66°，波导层的厚度为2μm，光栅长度为4252μm，槽深为0.05μm,光栅周期为0.456μm,滤波带宽为0.214nm,耦合效率为84.1%的1.3μm Ge0.05Si0.95/Si异质结单模共面布拉格反射光栅，并用数值模拟了入射光波电场和反射光波电场的分布。

为了适用手机这一特殊领域对微型化和简单化的摄像镜头的需要，在传统球面玻璃镜片基础上结合非球面透镜理论，运用CODE V优化出一个用于可见波段且生产成本低廉的三镜片定焦摄像镜头系统。该镜头总长度小于5mm，并且有着很好的成像效果。为了结构紧凑并且能最大限度地降低生产成本，在结构设计中采用球面的玻璃镜片和非球面的塑料镜片，镜头的适应像素尺寸是2.52μm×2.52μm，相应的尼奎斯特频率是196条/mm，相关的调制传输函数值在尼奎斯特频率的1/2时达到40%，所成像面的球差控制在-0.05mm～0.05mm之内，最大畸变小于0.17%。该镜头可满足手机摄像镜头200万像素的要求。

设计了一种半外腔微片Nd∶YAG正交偏振双频激光器。把2个1/4波片置于激光谐振腔内，一个静止，一个作360°旋转，旋转引起2个1/4波片快轴之间的角度变化被激光器转化成激光2个频率之差的变化，从而输出可调谐的双频激光。采用琼斯矩阵对光在腔内的本征模进行分析,给出了双频频差的理论解释。讨论了一种体积小、分辨率高和可整周测量的新型Nd∶YAG激光测角仪的潜在前景。

研制的偏振-米散射激光雷达（PML），可用于探测卷云和沙尘气溶胶的后向散射光退偏振比以及研究流层大气气溶胶的消光特性。采用窄带滤光片和光阑，将接收到的激光大气回波信号谱线（米散射和瑞利散射光谱）从天空太阳背景噪声中分离出来，以提高系统的白天探测能力。介绍了偏振-米散射激光雷达的结构、技术参数、测量方法和数据处理方法。对偏振-米散射激光雷达的性能参数进行了测定，并对测定结果进行了分析与讨论，给出了偏振-米散射激光雷达对合肥市地区(117.16°E, 31.90°N)上空大气气溶胶的消光特性和卷云的结构、退偏振比垂直廓线以及光学厚度的典型探测结果，对这些结果进行了分析和讨论。结果表明：研制的偏振-米散射激光雷达性能可靠，能对大气气溶胶和卷云的物理和光学特性进行有效的探测。

对不同浓度气泡幕水下激光雷达的后向散射特性进行了理论分析和实验研究。实验结果表明：由于水中气泡群后向散射的原因，在水下激光雷达整体后向散射信号的回波曲线上，除了水体后向散射导致的信号峰以外，还出现因气泡散射而导致的散射峰，该散射峰叠加在水体的后向散射信号峰上，其位置与水中气泡幕的位置直接相关，而其幅值则受气泡幕的浓度影响。随着气泡幕浓度的增大，其后向散射峰幅值相应增大，这一点与理论分析结果一致，而回波峰值的变化趋势则主要受水体质量的影响。

应用激光诱导击穿光谱技术对模拟土壤中Pb进行快速定量分析。该模拟土壤由PbCl2，CaCO3，SiO2，KBr化学纯试剂制备而成。通过实验得到信噪比随延时的增大呈先增后减的变化规律。利用实验光谱图建立了Pb含量的定标曲线。定量分析研究得到：该方法用于Pb含量定量分析的平均相对误差为8.33%，最低检测限为89μg/g。实验结果验证了激光诱导击穿光谱技术用于土壤中Pb含量测量的能力。

针对菲涅耳公式计算金属材料激光吸收率所得的结果与实际测得的吸收率值存在一定的误差这一问题，在详细分析了激光热处理中金属材料吸收率影响因素的基础上，通过数值模拟，改进了金属材料激光吸收率的计算模型，并利用此激光吸收率计算模型(以铝、铜、铂、铁4种金属材料为例)进行激光吸收率的计算和分析，进而计算了3Cr13不锈钢激光吸收率的理论值，该值与用集总参数法测得的3Cr13不锈钢材料激光吸收率结果相吻合，从而验证了该改进的金属材料激光吸收率计算公式的正确性。

介绍了一个利用2种不同编码方法实现数字化视频传输的光纤系统。简述了光纤传输中线路编码、数据串行化的方法和构成，通过选择一种大位宽的串行器/解串行器电路，实现并行数据的复用（串行化）/解复用以及不同的编码功能。论述了这2种数据编码方法的优点和不足，给出了这2种编码方法相对于传统编码的优势以及不同编码方法对系统接收性能的影响，提供了每种编码方法信号连接的示意图及特殊数据的编码表，同时给出了用多层线路板所构成系统的性能以及应用场合。

解决应变和温度的交叉敏感，实现应变和温度同时测量一直是光纤光栅传感器研究的关键问题。从应变和温度交叉敏感的物理机制出发，较为全面地介绍了几种主要解决方案：双波长矩阵法、2个包层直径不同的FBG法、啁啾光栅法等。并且基于双波长矩阵法，提出了一种基于管式弹性应变敏感元件的光纤光栅传感器结构，很好地实现了温度150℃，压力20MPa的同时区分测量，其温度灵敏度为0.02nm/℃。解决了温度和应变同时区分测量这一技术难题。

将太阳光经传能光纤传输到室内进行照明是太阳能利用的新发展，而将太阳光耦合到传能光纤中是这项技术的一个难点。在分析塑料光纤的特点和各种聚光技术的基础上，提出一种把太阳光耦合进传能光纤中进行传输的聚光装置。根据非球面透镜垂轴球差小的特点把太阳光会聚到很小的光点，再利用长度约为1/4节距的自聚焦透镜改变光线的数值孔径使其满足光纤的数值孔径，通过一个计算公式来计算最佳的自聚焦透镜长度，实现非球面透镜和自聚焦透镜的最佳组合，把太阳光以较高的耦合效率耦合进塑料光纤。最后在理论上验证了此装置的可行性。

鉴于光纤传感器具有体积小、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰且光纤本身的低损耗、耐腐蚀和安全可靠等优良特性，将光纤传感器应用到麦克风中可使麦克风的体积显著降低而灵敏度和抗电磁干扰性显著提高。提出一种新型反射式光纤麦克风的设计方法,采用Y形单根多模反射式光纤传感探头结构形式,给出了光纤麦克风的系统框图。由光纤出射光场分布理论出发，给出弹性膜片在声场作用下，中心形变大小h与出射光光强调制函数I(Z″)的关系。根据实际应用中有关参数的取值，用Matlab软件模拟出膜片形变后变形量h与光强调制函数I(Z″)的关系曲线。

从核爆炸光辐射特点出发， 结合我国中纬度地区大气特点，研究了(0.2～1.2)μm波段大气传输性能。通过实际测量数据分析可知，大气对（0.2～1.2)μm光辐射起主要作用的成分有水蒸气、二氧化碳和臭氧的分子吸收和散射以及气溶胶大粒子的散射。综合考虑这些因素，改进了水平路径传输上（0.2～1.2）μm光辐射大气传输经验方程。计算机仿真结果表明：该方程能体现我国中纬度地区光辐射的传输情况，对（0.4～0.8）μm可见光波段能很好地吻合。将（0.4～0.8）μm波段光辐射大气传输定量计算结果直接应用到基于可见光辐射探测的核爆炸探测子系统中，模拟核爆炸探测，实验结果表明：与传统大气传输计算软件的定性结果相比，该方法的测量精度有明显的提高。

为了更好地利用偏光显微镜检测光通过透明光学晶体材料后偏振态的变化，研究和鉴定晶体的光学特性，从介绍偏光显微镜的光学结构入手，分析了自然光通过偏光显微镜的几何光路，然后利用Stocks参量和Muller矩阵分析自然光通过偏光显微镜的偏振态变换，从理论上给出了出射光偏振态变化的原理，并利用计算机模拟了光强随各参数的变化曲线，分析了干涉图像形成的过程。对在实践中使用偏光显微镜测量晶体薄片的双折射率、延长符号、分析材料的光学特性以及观察材料的结构更具有指导性的意义。

从电磁场理论出发对负折射材料填充的3层平板波导的传播特性进行研究，并进行了数值计算，分析TE和TM波在平板中传播的性质，得到了电磁波的模式方程，与电磁波在右手材料填充的平板波导中的传播特性做了对比，考察了TE模式的能流密度，进行了归一化计算。结果分析表明：基模、一阶模不存在，且任何模式都存在一个截止厚度，随着厚度的增大，模式数量也增多；在一定的入射频率下，平板薄膜厚度趋向一定数值时，可以同时传播多种模式的波,并且入射波频率越高，波导同时存在多种模式的可能性越大；与右手材料相比，左手材料填充相同尺寸的3层平板波导可以传播更高能量的电磁波,导波效果更好。

为了严格分析入射光波长相对相位型菲涅尔透镜的设计波长发生漂移时对其聚焦特性的影响，采用时域有限差分方法作为严格的矢量分析工具，得到了相位型菲涅尔透镜的光焦度与入射光波长以及衍射效率与入射光波长的关系曲线。仿真结果表明：与标量理论结果类似，菲涅尔透镜光焦度随入射光波的增加总体呈线性上升趋势，衍射效率随入射光波长漂移时设计波长下降，且衍射效率低于标量理论分析结果。

在光学工程应用方面，常利用棱镜对光路的折转作用，完成一定的转像、检测和测量等工作。在实际应用中，考虑到棱镜加工误差对光轴产生的影响，应用动态光学理论及推导公式，分别给出直角屋脊棱镜与立方角锥棱镜的作用矩阵、特征方向和极值轴向，得出2种棱镜光轴偏差的数学模型。根据实际加工误差，进一步推导出2棱镜的理论误差，并对2棱镜的理论误差进行比较。最后得出可以用直角屋脊棱镜代替立方角锥棱镜的结论。