当前全息图计算存在效率低和编码信息丢失的问题。为解决以上问题，提出了一种新的复振幅全息图编码方法。方法将角谱法计算得到的复振幅分布拆解成振幅信息和相位信息，通过多相位编码生成包含全部振幅信息和相位信息的全息图。相比传统GS算法，在相同计算时间下，多相位编码方法全息图重建图像PSNR提高了15.49dB,SSIM提高0.65。方法为提高三维显示中全息图重建图像质量提供了新途径。
为提高结构化涡旋光束轨道角动量（OAM）的检测效率，提出结合深度学习与FPGA加速的OAM模式识别方法。利用功率谱反演法生成随机相位屏，通过空间光调制器模拟五种大气湍流环境，采集涡旋光束经过随机相位屏后的光斑数据图像，构建包含10000组样本的数据集，采用ResNet18卷积神经网络（CNN），对比分析不同湍流强度对涡旋光束OAM模式识别精度的影响，并对模型的识别性能进行全面评估，最终将训练后的ResNet18神经卷积网络模型载入可编程门阵列（FPGA）硬件平台实现OAM模式识别。结果表明：在弱、中湍流环境下的三种OAM模式识别准确率达100%，强湍流环境下的两种OAM模式识别准确率仍保持99%，相较于弱、中湍流环境下的OAM模式识别准确率略有下降。通过将CNN模型载入FPGA硬件平台，实现了耗能2.844/W、能效比2.19GOPS/W、推理时间0.58s的涡旋光束OAM模式识别。
随着传输速率与传输距离的增加，非线性损伤对长距离光纤通信系统性能的影响愈发显著，严重制约了系统性能。为了缓解长距离光纤通信中非线性损伤的综合效应，提出一种基于双分支混合神经网络的长距离光通信非线性损伤补偿方法。该模型利用信道记忆从时域捕捉信道损伤的全局特征，利用历史信息优化当前符号的特征学习；通过基于卷积神经网络的实数分支捕获星座图中符号的空间特征，并采用通道注意力机制和空间注意力机制增强模型对非线性损伤相关空间特征的学习能力；通过复数分支捕获复数符号相位与幅度变化的隐含信息，从而有效补偿非线性损伤的综合效应。以自相位调制和交叉相位调制为主要非线性效应建立了数值仿真模型，仿真结果表明，在不同发射光功率、传输距离和符号率条件下，所提方法均能实现较低的误码率，并表现出良好的稳定性。
数值孔径为0.33的极紫外光刻物镜由6面高阶非球面反射镜构成。然而，包含大口径非球面反射镜的物镜系统，对加工和检测精度要求更加严苛。提出一种混合面型优化的设计方法，即采用自由曲面、非球面反射镜交互迭代优化技术，将小口径非球面镜逐次替换为自由曲面，有效降低大口径反射镜的高阶系数，最大口径反射镜非球面系数由16阶降至10阶，显著降低了物镜加工和检测难度。采用这种方法设计了一套NA 0.33混合面型极紫外光刻物镜系统，物镜系统畸变值小于0.294nm、波前误差均方根值小于0.0143λ（λ=13.5nm）。通过反灵敏度法择选补偿器，物镜系统的公差容限提高了1个数量级，在97.7%的累积概率下，波前误差RMS小于0.037λ，光刻物镜系统的稳定性得到进一步提高。
为了探究铝合金板表面激光增材制造过程中的熔池形貌以及温度场的分布，建立了流体传热的三维有限元模型。考虑材料在加工过程中热物理性质以及激光的吸收率随温度的变化，研究了激光的功率、扫描速度对熔池流场及温度场分布的影响。研究结果表明：在加工的过程中，熔池的形貌会受到重力、反冲压力、马兰戈尼效应的影响。较大的激光功率以及较低的扫描速度可以使熔池有较高的温度以及更大的尺寸，但是容易导致熔池中的金属液体产生喷溅，影响材料的加工质量；较小的激光功率以及较高的扫描速度会导致材料吸收激光能量不足而无法充分熔化，容易出现球化现象。激光功率设置在86W且扫描速度设置在1300mm/s附近时，制件能获得良好的成型质量，此研究为6061铝合金激光增材制造提供一定的理论以及数据上的参考。
数字聚合酶链式反应（dPCR）是一种能实现绝对定量检测的分子生物学技术。传统的dPCR荧光检测系统在检测通量、检测速度、系统体积以及成本之间难以达到合理平衡。特别是传统照明系统设计在照射面积、均匀性、体积和开关响应速度方面存在限制，影响设备的整体性能及应用。为此，本文设计了一种基于匀光设计LED激发优化的便携式dPCR大视场荧光检测系统，旨在不牺牲检测速度与通量的前提下，缩小系统体积并降低成本。系统通过高集成度的环形LED光源排布，实现了18mm×18mm全视场范围内三种荧光通道（FAM、 HEX、ROX）的均匀照明，实际照明均匀度超过90%，并支持三通道快速开关切换。相比于传统的照明模块，LED匀光激发照明在小型化、低成本以及高集成度方面具有优势，适应于多种荧光检测应用场景，促进dPCR技术未来的发展。
F-P谐振腔（Fabry-Pérot cavity）广泛用于折射率、温度、压力等传感，现有的基于光纤-谐振腔的封闭式F-P传感器因为谐振腔较长，限制了待测物质种类及其测量范围。基于薄膜技术研制了短腔长的开式F-P折射率传感器，具备宽测量范围和高灵敏度。理论研究了腔镜反射率和腔长对开式F-P腔特性参数的影响规律，设计开式FP谐振腔折射率传感器，包含上下高反射率腔镜（99.7%）和短腔（3.305μm），仿真结果表明，其自由光谱范围高达42nm，折射率测量范围高于传统F-P腔一个数量级，达到0.129 RIU (RIU为折射率单位)。采用电子束热蒸发薄膜沉积和光刻技术研制了折射率传感器，并搭建折射率测试验证装置，开展了折射率测试实验。结果表明，折射率变化导致的中心波长平均改变1.79 nm/RIU，测试灵敏度为346.65nm/RIU。该研究为低成本、宽测量范围、高精度液体/气体折射率传感器奠定理论和实践基础。
相比传统光纤传感技术布里渊动态光栅（BDG）具有多参量同时传感、测量精度高等优势。目前对BDG各项指标研究主要基于产生的不同类型BDG和在不同光纤介质中产生BDG。基于不同类型产生的不同BDG有啁啾、相移、随机和混沌四种，且混沌BDG实现高精度、高空间分辨率测量的同时，可以实现单个、稳定维持的动态光栅克服了多光栅的影响与其在分布式光纤传感中的限制。BDG产生介质有单模光纤、少模光纤、保偏光纤和光子晶体光纤。相比其他光纤，光子晶体光纤具有高双折射系数及能提高传感距离等特性。首先介绍了BDG的原理，并详细综述了混沌BDG和光子晶体光纤的应用与研究进展，同时介绍了BDG在分布式光纤传感中的多参量同时传感、高精度测量和高空间分辨的应用。最后，对该领域存在的一些问题进行了探讨。
为了满足连续激光的功率测量，针对其0.4μm至2.4μm宽波段、多路输出和甚高重复频率的特点，设计了一套专用的连续谱激光能量采集系统，能够对连续谱激光在上述波段范围内的能量分布进行高精度检测。系统选择以氧化铜作为热电堆吸收层的探测器，结合信号处理技术，通过加权滑动均值滤波的算法来实现了对宽光谱激光能量的动态响应与精确分辨。通过针对671nm和1064nm波段的光能校准，系统能够在复杂光谱条件下提供稳定的测量结果，实验结果表明，采用本文方案研制的激光功率测量系统的测试结果与标准激光功率计测试结果之间的误差在±1.5%范围以内。这一结果展现测量连续谱激光能量系统的可行性。
采用Poisson Superfish联合General Particle Tracer仿真UED直流光阴极电子枪安装不同磁场屏蔽板后的效果。发现磁屏蔽板中心开孔越小，磁场屏蔽效果越好，被屏蔽后的磁场大小与开孔半径成正比。然而当孔太小时，继续减小孔径对屏蔽效果提升不明显。磁屏蔽板厚度越厚，屏蔽效果越好，被屏蔽后的磁场大小与厚度成反比，但厚度变化对屏蔽的提升有限。磁屏蔽板距离电子枪越近，电子枪磁场越大，被屏蔽后的磁场大小与距离成反比，这主要是中心开孔的漏磁导致。磁屏蔽板的存在会导致电子脉冲聚焦提前，聚焦半径变小。电子脉冲聚焦半径和焦距随磁屏蔽板中心孔半径变小而变小，同时随着磁屏蔽板厚度增大而变小。电子脉冲聚焦半径和焦距随磁屏蔽板距离电子枪的距离的增大而变小。总之，磁场屏蔽效果越好，电子枪和磁屏蔽之间的磁场越小，电子脉冲聚焦半径和焦距越小。
建模分析了Bragg光栅引入级联缺陷层后的传输谱特性，发现随着级联缺陷层数的增多，滤波器谐振峰不断增多，七级联缺陷层Bragg光栅可引入谐振峰数达到7，且级联缺陷层数对应谐振峰数量；随着缺陷层间周期数和缺陷层长度增大，谐振波长分别向中心偏移和红移，单、二、三级联缺陷层Bragg光栅滤波器在不同缺陷层长度下最大谐振波长变化率分别为0.0477、0.03021、0.03107；且输入输出端周期数有助于控制滤波器的透射率。依据仿真分析结果，可优化选择级联缺陷层Bragg光栅缺陷层的参数，设计出实际需要的多波长滤波器。
研究针对传统光谱仪采用单根光纤入射导致像面利用率不足、拉曼散射光探测能量弱的问题，提出了一种基于多光纤阵列输入的高分辨率光谱仪设计。通过沿狭缝弧矢方向排列七根入射光纤作为入射光源，并结合柱透镜与像散校正理论对光路进行优化。该系统采用785nm激发波长，可在七个视场内实现170～3200cm~(-1)宽光谱覆盖，全波段分辨率达到7cm~(-1)。实验结果表明，相较于单根光纤入射时72%的像面利用率，集束光纤结合柱透镜的设计将光谱仪像面利用率显著提升至97%，且各光纤传输能量在像面上分布均匀。该方案为需要高能量探测效率和强度的应用场景提供了可行方案。
树脂镜片的吸湿行为会导致镜头性能随时间变化的问题。在特定温湿度条件下，镜头性能处于动态变化状态，其主要原因是镜片吸水产生湿应力，导致镜片表面形状发生变化，从而影响整体光学性能。为解决这一问题，提出了两种改进方向：一是通过优化光学系统以降低对镜片面型变化的敏感度，然而对于特定光学规格，调整空间有限；二是通过缩短性能变化的时间来快速恢复系统的稳定性。为了实现后者，需要深入分析和仿真树脂镜片的吸湿行为，研究镜片结构与吸湿平衡时间之间的关系，为光学系统设计提供指导。文章首先实验测定了树脂镜片的吸水特性，结果表明温湿度显著影响吸湿速率及饱和吸水率。基于实验数据并结合菲克扩散模型，建立了树脂镜片的吸湿模型，并进行了验证。最终研究了镜片结构参数与吸湿平衡时间的关系，结果显示镜片的比表面积与吸湿平衡时间呈负相关，即比表面积越大，吸湿平衡时间越短，进而缩短镜头性能的动态变化时间。
设计并构建了一款基于Littrow结构的国产化外腔式可调谐半导体激光器，旨在推动高性能激光器的国产化进程并满足精密光谱学、光纤传感等领域对高质量光源的需求。激光器的所有光器件均为国产，基于各组件的参数特点设计了一种紧凑型机械结构。完成搭建后，对激光器进行调试与性能优化，提高了光束质量。Littrow型外腔式可调谐半导体激光器为单纵模运转，中心波长为1580nm，波长最大调谐范围为74.06nm，调谐速度可达261.256nm/s，相干长度大于37.5m，线宽小于8MHz (0.064pm)。
聚二甲基硅氧烷（PDMS）光波导因其优异的生物相容性在生物医学上有广泛的应用。为了提高PDMS的折射率改善PDMS光波导的应用局限性，以端羟基聚二甲基硅氧烷（PDMS-OH）和异丙醇钛（TTIP）为主要原料采用原位溶胶凝胶法制备了PDMS-TiO_2有机无机纳米复合材料。通过改变PDMS-OH与TTIP的质量比，得到折射率不同的均匀透明的PDMS-TiO_2溶液，溶液固化成膜后用椭偏仪对材料进行折射率的表征，在589nm处折射率从1.40提高到了1.591。采用软压印技术，用PDMS-TiO_2及PDMS分别作为波导的芯层和包层制备了截面为5cm×80μm的平板型多模波导，测得当输入波长为633nm，平均传输损耗为0.713dB/cm。研究为PDMS光波导在生物医学领域的应用提供了新参考。
三维共焦拉曼光谱成像凭借独特的分子特异性和非破坏性原位分析能力，在材料、生物医学等领域得到了广泛应用。然而，其几何形貌分辨率不足的固有缺陷制约了更深层次的应用拓展。因此，提出一种基于残差密集通道注意力网络（RDCAN）的超分辨率图谱成像方法，实现三维共焦拉曼光谱图像到几何形貌的跨模态重建。首先设计端到端的深度学习网络，以残差密集网络为基础，充分融合局部与全局多尺度特征，并引入通道注意力机制动态优化特征权重分配，增强网络的特征提取能力；其次，利用自主搭建的激光差动共焦-拉曼光谱系统采集数据，其中共焦拉曼模块采集的三维光谱数据作为网络输入，差动共焦模块同步获取的几何形貌数据作为真值进行训练，最终实现几何形貌的重建。实验结果表明，重建结果的峰值信噪比达到27.4 dB，结构相似度达到0.98，与差动共焦显微镜测量结果接近。与传统方法相比，方法无需额外硬件即可在传统三维共焦拉曼光谱成像基础上扩展高分辨几何成像能力，实现光谱-几何形貌同源融合，为解决其在几何形貌分辨率上的局限性问题提供了创新解决方案。
相位敏感光时域反射仪（Φ-OTDR）因多采用相干探测方式而需要极高的采样频率。为了降低系统采样频率，提出一种移频双脉冲调制直接探测Φ-OTDR系统，通过声光调制器时延变频控制产生频移量分别为79MHz和81MHz的移频双脉冲光，将瑞利散射信号调制到差频为2MHz的边带上，并结合外差解调技术，将系统采样频率降低至10MHz。采用马赫-曾德尔干涉结构验证了移频的有效性，并在10MHz采样频率下成功实现了200Hz、500Hz、1000Hz和2000Hz振动信号的精确解调。重复性实验中，线性拟合系数达到0.9989，验证了系统在低采样频率条件下振动信号解调的稳定性，为降低Φ-OTDR系统的硬件成本和数据处理量提供了有效的技术解决方案。
条纹投影轮廓术是获取物体三维形貌最有效的方法之一，但是在测量高反光物体时，需要投影较多条纹图像，且精度不高。为此，提出一种基于调整投影强度的高反光物体三维形貌测量方法。通过计算物体表面系数并根据反射系数分布直方图求解最佳投影强度；结合极线约束和相位信息计算相机和投影仪的坐标对应关系，生成自适应条纹；将自适应条纹投影到被测物体表面实现对物体的三维测量。实验结果表明，测量高反光面台阶时，最大绝对误差为0.0249 mm，比单一投影强度法减少97.8%，比现有调整投影强度法误差减少18.6%，投影图像数量减少18幅。所提方法在减少投影条纹数量的同时提高了测量精度。