相移数字全息技术将相移技术与数字全息技术相结合，为微观物体的三维形貌和折射率分布检测提供了一种快速、无损、高精度手段。与离轴数字全息相比，相移数字全息采用同轴光路，可以充分利用CCD相机的空间带宽积。然而，传统相移数字全息需要依次记录多幅不同相移量全息图，才能消除零级像和共轭像，再现出无混叠的相位/振幅图像。同步相移又称瞬时相移，可在同一时间得到多幅不同相移量的干涉图样，克服普通相移干涉不能实时观测的缺点。介绍了相移的概念和实现方式，基于多CCD记录、像素掩膜、平行分光的三种同步相移技术，对同步相移数字全息在生物医学、流场测量、表面形貌测量、微纳器件检测等领域的应用进行综述，为从事同步相移数字全息技术及其应用研究的学者提供有益参考。

针对小范围热源温度探测的需求，在线制备了密集切趾的光纤光栅阵列，采用光波长时域反射解调技术和光时域分段解调技术对切趾光栅阵列传感网络信号进行解调，实现了对小范围热源温度变化的精确测量。模拟了高斯切趾光栅的旁瓣抑制效果，结果显示高斯系数G=4时，可获得较好的谱型和较高的旁瓣抑制比。采用在线光栅阵列制备系统制备了旁瓣抑制比为20.74 dB的密集切趾光栅阵列，温度实验结果显示，传感网络的时域分段精度可达1 m，空间分辨率可达10 cm，温度灵敏度为10.15 pm/℃。该系统可应用于电缆廊道、地铁等环境下的小范围热源温度探测。

在无线紫外光通信系统中，日光灯等会对系统产生工频干扰，干扰会以正弦波形式叠加到经光电倍增管接收的有用信号上，并对后续的抽样判决产生影响。首先分析了小波变换去除工频干扰噪声的原理，给出了基于接收信号波形计算信噪比的方法，并基于该方法对小波变换的去工频性能进行了分析，最后讨论了小波去除工频干扰时最优小波基的选取问题。频谱分析表明，小波变换可有效消除100 Hz和200 Hz的工频干扰， 当小波基选为sym40时小波去除工频干扰的性能最好，去噪后信噪比为12.22 dB。

为了高精度提取光纤法布里-珀罗干涉信号的腔长信息，结合小波变换的多尺度细分功能，通过小波脊线精确提取干涉光谱每点的相位信息，并采用谱峰信息进行相位补偿，提高腔长解调精度。仿真结果表明，该算法的解调误差理论上可达±0.060 nm。实验结果表明，该算法的腔长解调分辨率相较于最小二乘相位校正法提高了1倍，分辨率可达0.514 nm，加速度传感器实验解调的分辨率达到0.9 mg，在法布里-珀罗传感器动静态参数高精度测量中具有一定的应用前景。

提出一种细尺寸、大孔径、高增益的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵。根据匹配干涉方法选用反射率一致、中心波长相同以及3 dB带宽较宽的弱反射光纤光栅阵列；根据水声传感原理确定弱反射光纤光栅阵列的栅距以应用于5~10 Hz甚低频水声信号探测。采用光纤涂覆机对弱反射光纤光栅阵列二次涂覆，阵列中心波长整体一致漂移，栅距基本不变。采用扎纱机和护套机在二次涂覆弱反射光纤光栅阵列外铺设凯夫拉纤维和聚氨酯保护套形成水听器拖曳线列阵。测试拖曳线列阵水听器单元的声压-相位灵敏度在1 rad/μPa条件下分别为-136.97 dB@ 5 Hz、-139.64 dB@7.5 Hz、-139.36 dB@10 Hz；分析流噪声引起的水听器自噪声功率谱，拖速为8 m/s、频段为1~100 Hz的谱值在45~95 dB （1 μPa²/Hz）范围内。实验和分析结果表明，所提出的弱反射光纤光栅水听器拖曳线列阵甚低频段灵敏度高、流噪声低，有望增强无人航行器的甚低频水声信号探测功能。

基于受激布里渊散射和弹性声学理论，给出了布里渊动态光栅理论模型。基于光纤布拉格光栅理论，采用数值模拟的方法计算了布里渊动态光栅的反射谱，证明了布里渊频移引起的布拉格波长下移等于多普勒频移。计算了泵浦功率为0.1~30 W、脉宽为2~10 ns、单模光纤芯径为8~10 μm时的反射率和光谱宽度。当功率增长到30 W、脉宽达到10 ns时，峰值反射率分别达到2.17×10^-6和7.16×10^-9；反射谱的光谱宽度随着脉冲宽度的增加而减小，当脉冲宽度为10 ns时，最小光谱宽度为1.2×10^-4 nm；当纤芯直径减小到8 μm时，反射率增长到6.64×10^-11。计算结果表明，布里渊动态光栅的反射率与泵浦波的功率和脉宽呈正相关，与光纤的纤芯直径呈负相关；反射谱的光谱宽度不受泵浦波功率和纤芯直径的影响，但与脉冲宽度呈负相关。

近眼显示器在高分辨率和高刷新率的前提下应尽量小型化，传统视频压缩方案难以满足需求。将人眼临界频率与偏心率的关系量化，提出视点恰可察失真模型用于位平面运动估计的匹配准则。将运动估计的搜索范围优化为时间维度和灰阶维度两部分。结合人类视觉系统和概率统计分析，新增补充匹配块替代残差数据。制定基于位平面运动估计的视频压缩方案以适配数字驱动近眼显示器，以现场可编程逻辑门阵列为核心设计控制器并搭建系统进行验证。实验结果表明，对低五个位平面压缩效果最均衡，压缩比为1.385，数据传输量恒定，有利于硬件设计。峰值信噪比为37.658 dB，结构相似度为0.975，还原后的图像与原图像无明显差异，符合人眼直观感受。

针对遥感场景图像中复杂背景以及类内多样性和类间相似性影响场景分类性能的问题，提出一种基于有监督对比学习的遥感场景分类方法。该方法包含判别性特征学习和线性分类两个阶段。在判别性特征学习阶段，引入有监督对比损失以拉近同类场景间的距离并增大不同类场景间的距离，提高类内多样性和类间相似性场景的判别能力；然后引入门控自注意模块对无用的背景信息进行过滤且聚焦关键场景区域，提高复杂背景的场景识别；最后引入一个预训练的Inception V3语义分支，把语义分支和原始模型提取的特征进行融合增强特征判别能力，以提高场景分类的整体性能。线性分类阶段通过对特征学习阶段训练的模型进行微调获得分类结果。在AID和NWPU-RESISC45数据集上的综合实验证明了所提方法的有效性。

提出了一种基于模糊成像机理的QR码图像快速盲复原方法。在对模糊成像弥散光斑质心不变性研究的基础上，设计圆形寻像图形，在成像模糊时能通过连通域等方法快速检测到图形质心以及QR码符号位置，再结合阶跃边缘特性、梯度强度特性、边缘检测技术以及光学成像机理快速准确估计出模糊QR码图像离焦半径大小，应用维纳滤波算法快速且有效复原QR码图像。与对比算法相比，本文算法在结构相似性和峰值信噪比上都有提升，特别是在复原速度上有显著提高，其平均复原时间为0.329 2 s。该方法能够以较高的精度估算出离焦半径大小，并能快速实现QR码图像的盲复原，具有快速性及稳健性优势，便于嵌入式硬件实现，能较好适用于条码标识相关的工业物联网应用场景。

针对暗弱目标偏振融合图像存在背景噪声强、细节轮廓特征不明显等问题，利用偏振度图像中高斯背景噪声灰度与待测目标灰度的差异性，提出了基于噪声模板阈值匹配的偏振度图像去噪算法。分析了偏振角图像中纯噪声区域子图像与目标轮廓区域子图像的灰度相关性，提出了基于区域灰度相关性匹配的偏振角图像去噪算法，与传统去噪方法相比，该算法可有效去除大量背景噪声，更好地保留目标轮廓特征。偏振图像融合对比实验结果进一步证明，提出的偏振图像去噪方法可显著提高暗弱目标在图像中的对比度，改善偏振融合增强图像的质量。

为了得到改进的优化解，提出一种基于丰度和端元约束下非负矩阵分解的解混方法。首先，基于丰度矩阵稀疏性特点，将重加权稀疏正则化引入到非负矩阵分解模型中，其中权重根据丰度矩阵自适应更新。其次，根据同一地物在相邻像素中分布的相似性先验，进一步将全变差正则化引入到非负矩阵分解模型中，以改进其丰度平滑性。最后，通过一个马尔可夫随机场模型中的势函数，实现端元光谱平滑性的约束。为了验证所提算法的性能，在一个模拟数据集和两个真实数据集（Jasper Ridge和Cuprite）进行了测试。结果表明：所提方法在端元光谱相似性和丰度估计精度等方面都有所改进。

针对海面溢油探测时存在虚警率高、油种识别单一等问题，基于菲涅尔理论建立粗糙海面溢油在不同方位角和天顶角下的偏振度模型，并分析其对偏振度分布的影响。在室外搭建可见光偏振双向反射分布测试装置，分别获取重油、原油、汽油、柴油等四种典型海洋溢油在不同观测方位角和天顶角下的可见光偏振度图像。通过提取图像灰度数据对比分析不同油种的偏振度差异，试验证明了理论模型的正确性。试验结果表明：不同溢油的可见光偏振特性存在明显差异，偏振对比度普遍高于5%。利用可见光偏振区分油种，是对传统溢油探测手段的有益补充，对提高海洋污染治理能力具有重要意义。

为了在材料动力学实验和结构响应研究中实现对平面靶约5 mm范围内多点速度的同时测量，基于光纤密排阵列和双远心镜头研制了一种与光子多普勒测速仪配套使用的具备空间分辨能力的激光发射接收探头。介绍了探头的光学设计和结构设计，并进行了装调和测试。输出光斑特性测试结果表明，探头垂轴放大率与设计值吻合，聚焦位置处最小光斑直径为109 μm，最大为202 μm。探头对漫反射靶的接收效率测试结果表明，探头中各光纤互不串扰，靠近中心的光纤的接收效率较大，而两侧的偏小。

在线物体运动速度过快时会导致采集的变形条纹出现运动模糊，从而丢失相位信息。通过调节相机的图像采集模式可以提高相机的采集帧率，但势必会牺牲相机的分辨率。为了获得高分辨率变形条纹，采用基于最大后验概率的超分辨图像重建方法，使用高斯模型和马尔可夫-吉布斯随机场模型构建高分辨率变形条纹图的后验概率模型，通过目标函数最小化得到高分辨率变形条纹图的最优估计，实现超分辨率条纹图像提纯，最后将所有提纯后的等效相移变形条纹图用相位测量轮廓实现在线三维轮廓重构。实验结果证明了该方法的有效性。所提方法在高精度快速在线三维测量中具有很好的应用前景。

研究了一种基于法布里-珀罗标准具多光束干涉成像的微小角度测量方法。通过计算同心干涉圆环圆心位置变化量（圆心位移量）和成像物镜焦距，实现反射镜微小偏转角度的测量。采用相对测量原理，构建了基于圆心位移量不确定度分量和成像物镜焦距不确定度分量的微小角度测量不确定度评定模型。选取2 mm间隔的F-P标准具进行微小角度的测量实验研究，并进行了数据处理。实验结果表明，在600″微小角度测量范围内，测量不确定度不大于0.132″；在40″微小角度测量范围内，测量不确定度不大于0.045″。该方法可为具有自校准特性的、更高准确度的微小角度测量的实现提供参考。

为进一步拓展微纳米周期超结构功能特性，满足光学周期超结构高精度设计需求，基于时域多分辨分析方法，从Maxwell方程出发，推导出微纳米三维半球光学周期结构表面散射耦合场，计算结果与时域有限差分方法结果吻合良好。给出微纳米三维半球光学周期结构表面场分布并数值计算微纳米三维半球光学周期结构表面微分散射截面，提炼分析填充材质、半球尺寸、半球间距等参量对光学周期结构表面散射场影响规律。结果表明：P偏振下电场分布更能突出周期结构表面结构单元轮廓；散射场值随入射角变大，在对应镜面散射角方向逐渐减小；在半径和波长值相当时，填充单元散射场峰值个数与探测范围内填充单元个数吻合；随填充半球间距增大，散射场的极大值数递增，且极大值对应的角度区间依次减小。

研究了光子喷射流特征参数与颗粒物性参数之间的关系，包括不同偏振模式共振和非共振散射条件下光子喷射流的物理机理。通过理论计算，数值分析了非共振情况下光子喷射流特征参数与折射率和颗粒粒径的关系；研究了共振散射对光子喷射流特征的影响，分析了共振散射分波在其中的作用；比较了线偏振和圆偏振入射光照射下光子喷射流的差异。研究表明：共振散射对光子喷射流的影响主要体现在焦点宽度减小、焦点向颗粒表面内移、光子喷射流长度缩短、焦点处强度增大以及场分布更加复杂；TE和TM共振下电场径向和横向分量的相对强度存在差异；入射光偏振态仅影响电场的横向分布。通过控制入射光和颗粒参数，调制光子喷射流的特征参数及场分布特征，可为光子喷射流在不同场合的应用提供理论依据。

为解决基于热阴极的传统X射线管灯丝发射结构脆弱、能量效率低以及散热等问题，设计了一种新型光控脉冲X射线管装置。通过光电阴极与光源的参数匹配，选择蓝光波段量子效率高的S20阴极与波长为460 nm的LED光源。模拟计算确定X射线管整体结构设计。最终实现最大2.37 mA的管电流，光电阴极电子发射效率为0.288 mA/lm，出射X射线能量0~25 keV可调。另外，基于光控脉冲X射线管出射X射线强度易调制的特性，进行不同频率加载信号还原实验和任意X射线轮廓还原实验。

大气温度作为大气探测领域的基本参数，获得高精度大气温度廓线对于天气预报和气候研究至关重要。本文利用自行研制的偏振高光谱激光雷达实现了边界层内大气温度的全天时、高信噪比测量，提出了利用拼接法进行高光谱激光雷达和微波辐射计的数据拼接和融合，实现了二者的优势互补。结果表明：偏振高光谱激光雷达可实现3.5 km以下的大气温度有效探测，其误差主要在±2 K内，微波辐射计在3 km以内探测误差较低，而在3 km以上误差在-4 K~-2 K，经过拼接后，在3.5 km以内误差为±1 K，相关性由拼接前的0.95提升到0.97。结果表明高光谱偏振激光雷达可有效进行边界层内大气温度的探测，经过与微波辐射计的融合，即可解决激光雷达的盲区问题，又可提升微波辐射计的探测精度。

针对云降水物理研究中湍流的测量需求，提出了一种基于数字全息干涉术测量液相云微物理起伏的湍流参数表征方法。该方法无需假设云滴谱分布函数及调整相关参数即可获得实际湍流影响的液相云微物理起伏。利用定常湍流影响的雾滴模拟液相云滴，采用像元尺寸1.67 μm的相机时序记录雾滴谱，获得含水量与雾滴平均半径的起伏。根据湍流理论，计算了湍流的方差，时间相关系数，协方差和互相关系数。最终，通过分析不同间隔时间含水量的时间相关系数，获得湍流场的时间尺度为100 ms；在固定采样间隔71 ms的条件下，分析不同起始时间含水量的时间相关系数，其起伏量与平均值的最大偏差为23%，证明了测量区域流场为定常湍流。该方法可为研究液相云微物理与湍流特性及相互作用机理提供有效的测量手段。

为解决VO₂热致变色薄膜可见光透射率低、耐候性差以及热分解法制备VO₂纳米颗粒易团聚等问题，提出了一种基于VO₂@SiO₂核壳纳米粒子的热致变色薄膜。首先利用VO（OH）₂表面负电荷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中氨基正电荷间的静电相互作用，在前驱体VO（OH）₂表面进行SiO₂包覆得到VO（OH）₂@SiO₂核壳纳米粒子，然后在Ar气氛下对其进行高温热处理得到VO₂@SiO₂核壳纳米粒子，将其分散至树脂中并涂覆在玻璃基材上得到热致变色薄膜，并对热致变色薄膜的热致变色性能及核壳粒子的耐候性进行了研究。从透射电镜照片可以看出SiO₂壳层可以阻止前驱体VO（OH）₂在热分解过程中的团聚长大，对光学性能的研究表明低折射率的SiO₂和空气能够提高热致变色薄膜的光学性能，并且当VO（OH）₂@SiO₂纳米粒子的质量分数为10wt%时复合薄膜的光学性能最佳。SiO₂壳层对VO₂的保护作用可以有效提高其抗氧化性，并且可以提升纳米颗粒在酸性环境下的耐腐蚀性，延长热致变色薄膜的使用寿命。

为获得性能优异的透明介质薄膜，采用射频磁控溅射技术，以ZnS陶瓷靶为靶材，在玻璃衬底上室温沉积纳米晶富锌ZnS薄膜，通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、分光光度计、光谱椭偏仪重点研究了不同射频功率对制备的纳米晶ZnS_X薄膜的晶相结构、表面形貌及光学性能的影响。结果表明： 射频功率对ZnS_X薄膜晶相形成和结晶度具有重要影响；随着溅射功率的增加，ZnS_X薄膜中Zn和S元素的比例、特征拉曼峰的强度以及折射率的值都先增大后减小，薄膜的光学带隙从3.86 eV降低至3.76 eV；当溅射功率为150 W时，为ZnS_X薄膜具有立方相结构及高结晶度的最优条件，薄膜的Zn/S比接近于标准化学计量比，达到1.23，可见光平均透过率大于80%，550 nm下ZnS_X薄膜的光学折射率为2.03。

光声池作为光声光谱气体检测系统中的核心器件直接影响系统的检测精度，以经典圆柱形光声池为基础研究对象，利用有限元分析软件，结合压力声学及热粘性声学两种物理场对光声池内的声热耦合过程进行建模，通过仿真对比谐振腔和缓冲腔的几何参数变化对光声池性能的影响，进而确定其最优尺寸。仿真结果表明：谐振腔、缓冲腔的长度和半径均会影响谐振频率和声压。充分考虑对比结果及工业制造难度后，选定谐振腔最佳长度为120 mm，最优半径为3 mm，缓冲腔半径为35 mm。在此基础上，设计了一种谐振腔与缓冲腔为圆角连接的光声池，与同尺寸直角光声池相比，圆角光声池在提高光声信号和降低流动噪声干扰方面更具优势，品质因数提高至1.109倍，池常数增大到3 635.1 Pa·cm/W，声压提高到1.26×10^-5 Pa。在甲烷气体的浓度检测中，系统灵敏度可达到0.87 ppm，检测结果较理想，符合高灵敏度的要求。因此，圆角连接光声池在性能上有明显提升，可为光声池的优化设计提供参考。

激光清洗过程监控是准确去除金属锈蚀层、有效避免金属基体损伤的关键。利用图像处理技术研究了30 mm×30 mm较大面积Q235B钢板在不同光斑搭接率下的清洗次数与清洗度的变化规律，得到50%的最佳光斑搭接率。利用激光诱导等离子体光谱研究了0.47 mm×0.47 mm微小面积Q235B钢板的皮尔逊相关系数随清洗次数的变化趋势，得到了不同厚度锈蚀层下的最佳清洗次数。在此基础上，将图像处理法与LIPS分析法协同使用，利用LIPS分析法能够根据微小面积锈蚀层厚度不同而动态校正最小清洗次数的特点，弥补了图像处理法无法精确控制激光清洗过程的缺陷，99.1%的清洗度表明两种方法的协同使用可对Q235B钢板大面积激光清洗过程进行有效监控。

报道了一种基于非线性放大环形镜的“8”字形腔波长可调谐锁模掺镱光纤激光器。当泵浦功率为240 mW时，光纤激光器输出中心波长在1 064.1 nm处的耗散孤子，其光谱3 dB带宽为7.7 nm，重复频率为18.8 MHz，输出光信噪比高达71.2 dB，脉冲宽度为867 fs。分别通过调节偏振控制器和泵浦功率实现了锁模光纤激光器在1 032.8~1 065.1 nm以及1 037.4~1 041.9 nm内调谐输出。探究了不同锁模状态下的光谱与脉冲特性，获得了时间带宽积接近傅里叶变换极限的高斯型脉冲。该光纤激光器结构简单，易于调谐，稳定性好，可为实现波长调谐、耗散孤子锁模提供技术参考。

采用法布里-珀罗（Fabry-Perot）谐振腔 （也称F-P腔）方法测试SOI波导光传输损耗及其与光纤的端面耦合损耗的测量精度，对具有相同尺寸长度为8.37 mm的三条SOI波导通道进行测量，得到SOI波导光传输损耗和端面耦合损耗的平均值与测量精度值，且测量精度偏差值很小。通过温度的自动控制扫描仪对另一条长度为12.5 mm的SOI波导进行三次重复测量，获得的传输损耗值和端面耦合损耗值相同，说明采用F-P腔方法获得的测量精度值很稳定。建立了SOI波导传输损耗测量精度da/a与F-P腔谐振输出功率极限值消光比的相对误差dt_M/t_M和SOI波导端面菲涅耳反射系数的相对误差dR/R之间关系的理论模型。模拟结果表明：改变SOI波导上、下包层和芯层折射率，对光传输损耗和波导-光纤端面耦合损耗的测试精度无影响。数值模拟结果与实验测试结果相一致。

设计了一种基于绝缘体上硅的具有大带宽调谐能力的紧凑型可重构光滤波器。该装置由三个微环辅助马赫-曾德尔干涉仪构成，利用硅的热光效应可以控制微环谐振器的相位，进而同时调节滤波器的带宽和中心波长。用时域有限差分法对器件的性能进行了仿真，仿真结果表明，带宽的调谐范围为1.4~10.6 nm，占自由光谱范围的11.5%~85%；阻带消光比大于20 dB，通带损耗为0.4~0.7 dB，器件尺寸为40 μm×60 μm。

为了提高平面、近平面和近线等奇异构型目标点的位姿估计精度和稳定性，提出了面向奇异构型目标点分布的位姿估计算法。首先，选择距离最远的两个点作为基本目标点，将n点划分为n-2个三点子集。其次，根据三点子集的几何关系构建辅助点，旨在增加透射相似三角形法的几何约束，进而求得较为准确的相机位姿初值。最后，结合EPnP算法和高斯牛顿算法进行迭代优化，通过奇异值分解求得最终位姿。测量实验结果表明，当平面目标点数n=4时，正交迭代算法、EPnP算法和IEPnP算法的像方平均重投影误差分别为0.062 mm、0.324 mm和 2.238 mm，本文算法的像方平均重投影误差为0.003 mm，有效提高了奇异构型下目标点的位姿估计精度和稳定性。

从夫琅禾费衍射积分公式出发，利用卷积定理和零阶汉克变换性质，推导出基横模高斯光束垂直入射轴锥镜-透镜组合光学系统后，在透镜后焦面上的光强分布解析描述公式，建立了环形结构光强度分布与轴锥镜-透镜组合中主要光学参数之间的数学关系，为环形结构光强度分布的快速模拟，以及生成环形结构光的光学系统设计提供理论支撑。根据所推导公式进行了数值模拟和实验验证，分别得到一均匀分布的环形结构光，且二者圆环大小相近，验证了理论结果的正确性。