阿秒脉冲光源诞生于21世纪初，是同时具有阿秒时间和纳米空间分辨率的全相干光源，在近20年的时间里，推动了阿秒科学研究不断取得显著的进展和突破。阿秒脉冲为物理、化学、生物、材料、信息等领域的发展提供了全新研究手段和重要创新机遇。本文介绍了阿秒脉冲的重要发展历程，主要综述并总结了高次谐波、阿秒脉冲产生以及阿秒脉冲测量的关键技术和现状，最后对阿秒脉冲研究的发展进行了展望。

有机-无机杂化钙钛矿材料（CH₃NH₃PbX₃）因其具有载流子迁移率高、直接带隙结构、光电转换效率高等优异的光电性能，在太阳能电池、光电探测器、发光二极管及激光器等光电子领域具有重要应用前景。然而，有机-无机杂化钙钛矿材料的稳定性问题是现阶段限制其进一步应用的瓶颈。本文首先系统论述子外界环境因素（水氧、温度、光照等）对有机-无机杂化钙钛矿材料稳定性的影响因素与物理机制。其次，总结了目前改善及提高钙钛矿材料稳定性的主要方法和技术途径，如改进合成方法、离子掺杂、器件封装等手段。同时分析了其对基于有机-无机杂化钙钛矿材料光电探测器性能的影响。最后提出了该领域在实际应用中面临的挑战和发展策略。

首先综述了基于二维光催化剂的电子结构调控方式，包括厚度调节、元素掺杂、缺陷工程和异质结的设计等。其次，由于半导体异质结在减少光生电子空穴复合速度方面具有独特的优势，着重介绍了由二维材料与其它不同维数的半导体界面组成的异质结的研究进展。最后介绍了新型二维光催化材料在析氢、CO₂还原、固氮和污染物降解等方面的应用。总结文献可知，二维材料与块体材料相比，具有较高的比表面积、表面存在大量的活性位点、能更有效地分离催化剂中的载流子、合适的能带结构、可调节的光吸收区等特点。文末总结了目前的研究现状和面临的挑战，并展望了二维材料在光催化中的应用前景。

为了研究实际应用场景下光子晶体薄膜的红外隐身效果，选择具有中、远红外隐身性能的光子晶体薄膜和低发射率薄膜，以某吉普车的引擎舱为研究对象，分析了贴附薄膜后目标的自身辐射和反射环境的辐射对隐身效果的影响。设计并制备了一种具有中、远红外隐身效果的光子晶体薄膜，分别于白天和晚上在室外进行实验，测试了光子晶体薄膜以及低发射率薄膜对引擎舱隐身效果的影响。研究结果表明，太阳辐射对光子晶体薄膜中、远红外隐身效果影响较小，且光子晶体薄膜能够更好地实现目标与背景融合，综合来看光子晶体在中、远红外隐身效果优于低发射率薄膜。

在室温下，通过溶液法在Cu衬底上制备了CuO纳米线，然后采用溶剂热法在CuO纳米线表面生长ZnO纳米颗粒以构建CuO/ZnO复合纳米线异质结构。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析了样品的形貌、结构和元素组成。结果显示CuO/ZnO复合纳米线由ZnO纳米颗粒和CuO纳米线组成。在模拟太阳光照射下，以亚甲基蓝溶液为模拟污染物研究了样品的光催化性能。结果表明，相比纯CuO纳米线，CuO/ZnO复合纳米线能够使亚甲基蓝溶液的光降解效率达到40%，在相同条件下具有更优异的光催化活性。光催化机理研究表明CuO/ZnO纳米复合材料光催化活性的增强主要是由于CuO与ZnO结合形成的p-n异质结有效促进了光生载流子的分离。

提出了一种基于模间干涉的测量温度、折射率和轴向应变的光纤传感器.在单模光纤与双包层光纤熔接点处形成粗锥，再与两个周期不同的长周期光纤光栅级联，由于模场失配，激发高阶模，形成三个谐振峰，且对不同参量有不同的灵敏度响应，通过解调三个谐振峰的波长漂移，利用系数灵敏度矩阵，可以测量温度、折射率和轴向应变.实验结果表明，温度在25℃~75℃范围内，灵敏度分别为60.07 pm/℃，6.47 pm/℃和103.83 pm/℃；折射率在1.335 5~1.359 5范围内，灵敏度分别为-56.64 nm/RIU，34.02 nm/RIU和-214.84 nm/RIU；轴向应变在200 με~1 400 με范围内，灵敏度分别为-2.14 pm/με，-3.61 pm/με和-2.59 pm/με，且分辨率分别为1.29 ℃、0.000 42 RIU和21.42 με.该传感器具有灵敏度高、线性度良好等优点，可广泛应用于多参量测量领域。

针对光纤放大器的空间应用，对光纤放大器在辐射环境中的性能变化进行了实验研究。对铒镱共掺光纤放大器的增益光纤进行伽马射线辐射，研究了光纤放大器的输出功率和光谱特性的演化规律，并采用频谱测量法研究了光纤放大器的噪声特性。通过总剂量为50 krad的在线辐照实验发现，光纤放大器输出功率、光谱的中心波长峰值功率以及光噪声都随着辐射剂量的积累而不断降低。采用光噪声模型对辐射后的光纤放大器噪声特性进行分析，与辐射前相比，发现光噪声中的弛豫振荡噪声部分和中频部分的相对强度噪声系数分别增加了1.625×10^-4 nW·mW^-2·Hz^-1和3.122×10^-4 pW·mW^-2·Hz^-1，而光散粒噪声系数分别减小0.900 pW·mW^-1·Hz^-1和0.035 pW·mW^-1·Hz^-1，对于光纤放大器在太空的实际应用中，需要重视相对强度噪声的抑制。

从微纳光纤耦合的角度，采用单模光纤2×2耦合的方式，利用光纤过耦合设计出一种光纤传感器。通过改变光纤耦合器的拉锥参数使其达到过耦合状态，此时光纤自身的过耦合结构受环境影响导致光波长会对外界的温度和应变变化有较高的响应度，以此来实现对温度和应变的测量。实验中分别拉锥了过耦合长度为22 000 μm和22 500 μm的光纤过耦合器，并比较了它们的透射谱。温度和应变的传感测试结果表明，波长对温度响应度最低满足104 pm/°C，对应变响应度最低满足-21 pm/με。

设计了基于单像元辐射响应模型的相对辐射校正方法和流程。依据信号还原入射光的反演顺序，分析非均匀性干扰信息，依次对探测器、空间杂散光、起偏度和光学系统相对透过率进行校正。在轨测试期间，设计了基于沙漠场反射率法的多角度观测数据快速检验方法，满足了大视场偏振成像仪的相对辐射性能检测需求。实验数据表明，单点相对辐射响应差异均小于4%，相对辐射校正方法合理有效。相对辐射校正和在轨快速检验的方法为相关大视场偏振成像仪的研制和在轨辐射定标提供了参考。

为了解决在线三维测量技术中像素匹配耗时长，准确率低等问题，提出了一种基于改进网格运动统计特征的像素匹配算法。该方法只需一帧固定的正弦光栅投影到被测物体上，由摄影系统连续采集五帧物体在相等位移下的变形条纹图，提取出相应的调制度信息，并利用快速旋转不变性特征算法提取图像的特征点匹配对，然后利用改进的网格运动统计特征算法来实现误匹配对的剔除。最后根据在线三维测量中对其精度要求很高的特点，取其出现位移量最多的值以获得一组相移量相等的条纹图，采用等步相移算法重建出在线移动物体的三维形貌。大量实验验证了该方法的可行性和有效性，与传统的在线傅里叶变换轮廓术算法进行对比，所提方法的鲁棒性更高，能够恢复出更高精度的三维面形。

通过分析成像原理、仿真光学模型和搭建原理样机，讨论了在实验环境下影响自准直定标系统定标精度的主要因素，提出了定标系统在设计和工作中应注意的主要问题，包括像元尺寸选取、像点位置算法、调焦量计算和系统装调误差。根据分析结果对原理样机的定标误差进行了校正，最终实现原理样机的焦距定标精度小于0.4 mm，X、Y和Z方向旋转的定标精度分别小于0.6″、0.6″和12″，定标精度的相对误差优于0.2%。

为解决因分析物与局部增强电磁场弱相互作用而导致传感器灵敏度偏低的问题，通过引入微流控技术，提出一种基于电磁场作用增强的超材料吸收体太赫兹微流传感器。传感器与太赫兹波相互作用产生磁偶极子共振，在0.4~1.4 THz频段内可产生两个吸收率高于98%的谐振峰。同时，通过集成微流通道，极大促进了分析物与位于法布里-珀罗谐振腔内局部增强电磁场的相互作用，传感器灵敏度可达537 GHz/RIU。另外，结构单元设计为四重旋转对称结构，传感器具备良好的极化不敏感和宽入射角度不敏感特性。结果表明，所设计的传感器具有灵敏度高和偏振不敏感等特性，在无标记微量物质检测领域具有良好的应用潜力。

为了实现太赫兹波束的自由操控，基于Pancharatnam-Berry几何相位理论，提出一种多层C型单元结构，实现在目标频率下0到2π的太赫兹波透射传输相位调控。基于广义斯涅耳定律，构建2-bit和3-bit编码超表面，在圆偏振入射条件下，实现透射型太赫兹波束的散射角度调控。采用数字信号处理理论中的傅里叶卷积运算，对不同周期序列的编码超表面进行四位制编码卷积运算，获得新的编码序列，实现对透射太赫兹波散射角度的自由调控。利用多层C型编码超表面单元结构对其进行旋转编码，实现1阶和2阶涡旋相位板，产生不同阶数太赫兹波涡旋光束。

基于原子层沉积与聚焦离子束切割抛光相结合的工艺，提出了一种多层膜型波带片制备技术。利用耦合波理论计算出最外环宽为10 nm的Al₂O₃/HfO₂、Al₂O₃/SiO₂、Al₂O₃/Ir和Al₂O₃/Ta₂O₅四种材料组合的多层膜波带片在X射线能量为8 keV和15 keV时的菲涅尔波带片的理论衍射效率，讨论了最外环宽和波带片高度对衍射效率的影响，选择了Al₂O₃/HfO₂为后续叠层制备。研究了原子层沉积制备Al₂O₃和HfO₂薄膜的生长特性，验证了原子层沉积技术制备单层膜厚为10 nm叠层结构的可行性，实验结果表明，利用原子层沉积技术制备Al₂O₃和HfO₂薄膜粗糙度可控在1 nm，均匀性优于±1.5%，单叠层厚度误差仅为0.416 nm.同时，利用聚焦离子束切割抛光技术得到了最外环宽为10 nm，高宽比200的高分辨率X射线菲涅尔波带片。

针对数据中心互连用波分复用芯片需求，采用折射率差为1.5%的硅基二氧化硅光波导，设计并制备了应用于数据中心发射端的同侧、小型化、低损耗4通道粗波分复用芯片，尺寸为6.6 mm×2.2 mm，最小插入损耗小于2.33 dB，1 dB带宽大于11.35 nm，偏振相关损耗小于0.14 dB，波长精准度偏差小于0.38 nm。完全满足数据中心光互连波分复用芯片商用指标要求。

为了提升基于人类视觉系统检测方法的检测率、检测速度和场景适应能力，构建了一个多场景红外弱小目标数据集，提出了一种基于视觉注意机制的红外弱小目标检测算法。从自底向上的机制出发，提出多尺度灰度-方差估计，快速计算显著图并估计出最优目标尺寸，使用基于加速分割测试特征的角点检测算法快速提取候选目标，并引入非极大值抑制去除冗余。从自顶向下的机制出发，结合生物侧抑制理论与余弦相似度，提出了软竞争模糊自适应共振网络，并设计一个特征集对目标进行描述。最后，使用网络训练所得模型完成对候选目标的识别。实验结果表明：与5种代表性基于人类视觉系统的方法相比，本文方法具有更高的检测概率和更快的检测速度，且在不同场景的性能更具稳定性。

基于点云数据与光学遥感影像的协同应用在遥感领域获得广泛关注，为了对两种数据进行精确的配准以更好地融合两者优势，提出了一种城市场景下点云与光学遥感影像的自动配准方法。首先，由点云数据生成深度影像，即3D数据转换为2D影像；然后，运用Unet模型对深度影像和光学遥感影像分别进行训练并分割得到建筑面；再基于建筑面轮廓点集构建建筑最小外接矩形，将矩形长宽比作为寻找同名点的约束条件；接着，利用相似三角形原理寻找矩形中心同名点；最后，同名点坐标代入变换模型计算模型参数，完成配准。实验结果表明该方法对于运用传统点特征方法匹配困难的情况可实现较好的配准效果，且对图像平移、旋转、缩放均具有可抗性。

通过对Mie散射相位函数的累积概率密度插值获得散射角，建立了激光在浑浊介质中传输的蒙特卡罗仿真模型。借助模型研究了激光在均匀单分散聚苯乙烯浑浊介质中的多次散射现象，探究了不同光学厚度和散射相位函数的浑浊介质对激光多次散射的影响。在研究中控制5 μm和10 μm两种粒径聚苯乙烯颗粒的浓度，改变浑浊介质的光学厚度分别为2、5和8，进行了理论仿真和实验的二维侧向散射图像比对，发现相同介质条件下仿真与实验得到的散射光强衰减百分比差异均小于16%，散射光强曲线走势基本一致。仿真还能够提供不同散射阶次光强大小的分布情况，能准确分析多次散射的影响。

构建了具有操作简单、大范围以及高灵敏度等特点的地基多轴差分吸收系统（MAX-DOAS），对淮北地区2019年10月至2020年5月进行连续观测，得到HCHO的时间序列。为了减少其他气体的干扰，采用不同波段反演HCHO差分斜柱浓度，对比发现，选用324~342 nm波段时，反演误差波动最小，能够精确获取甲醛气体浓度。由HCHO月均值序列结果可知，疫情中期与疫情前后相比，浓度分别降低了35%和23%。日变化以及周变化结果表明淮北地区HCHO浓度具有早晚高、中午低的日变化特征，且没有明显的周末效应。结合Hysplit风场后向轨迹模型对高值天气的风场进行研究，发现在2020年1月12~14日与18~21日期间，淮北地区在西北风场的影响下，会受到来自砀山等地的污染输送影响，引起HCHO浓度的升高。MAX-DOAS测量HCHO柱浓度结果与OMI卫星数据进行对比发现两种测量方式具有良好的一致性（R²=0.87）。