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PDF 3989KB本文以与光腔耦合的电控量子点分子为研究对象，分析了量子点的时域量子关联退相干特性。基于可测量的Leggett-Garg不等式，研究光电混合系统的时域量子关联。测量不等式的违背性可以作为动态演化过程中时域量子关联的存在证据。调控电子隧穿强度和光腔频率失谐有利于增强时域量子关联。我们发现，在空间量子关联值为零的区域内，不存在时域量子关联。当空间量子关联值较高时，量子点动力学演化存在Leggett-Garg不等式测量的最大程度违背现象。与之相反，对于时域量子关联为零的时间段内，空间量子关联仍然存在。本文采用开放量子系统动力学方法研究环境效应对时域量子关联的影响。量子点的自发衰变和光腔泄漏抑制了时域量子关联。这些结果可用于混合量子系统的量子信息处理技术。
本文提出了一种基于深度学习的超材料Fano共振设计方法，能够获得高Q共振的线宽、振幅和光谱位置特性。利用深度神经网络建立结构参数和透射谱曲线之间的映射，正向网络实现对透射谱的预测；逆向网络实现对高Q共振按需设计，设计过程中实现了低均方误差(MSE)，训练集的均方误差为 0.007。结果表明，与传统方法需要耗时的逐个数值模拟相比，深度学习的设计方法大大简化了设计过程，实现了满足高效、快速的设计目标。对Fano共振的设计也可推广应用到其它类型的超材料的自动逆向设计，显著提高了更复杂的超材料设计的可行性。
图案信息的光学加密在防伪、信息加密存储等方面具有广泛的应用，基于各向异性功能复用的结构色超表面得到发展。基于一维光栅衍射的光学加密超表面需要掩膜或单元结构的逐个加工而导致限制效率低下，传统烧蚀LIPSS所形成的结构均匀一致性差而影响器件性能。基于以上难题，提出了一种基于皮秒激光直写相变材料Ge2Sb2Te5得到的改性结构加工光学超表面的方法。首先表征所制备的GST改性光栅的色散性能，结合改性光栅的偏振依赖性，设计了角度复用的信息加密超表面，进一步展示了通过所提方法制备的超表面。实现了在自然光条件下加密，在强光条件下能够选择性解密读取并动态展示的性能。相比于传统加工方法，本方法可在一次直写过程中以同时打印的形式生成一系列光栅结构，提高了加工效率；同时加工得到的光栅结构均匀一致性好，提高了显色效果。利用取向角相差16°的改性光栅实现了无串扰的选择性信息读取，所得结构色均匀鲜艳。本文提出的加工策略在防伪、信息加密存储及可穿戴柔性显示设备等领域有深刻的应用前景。
为了提高光波导近眼显示成像系统的视场角，本文提出了一种等周期变倾角干涉条纹复用的方法，用于扩展增强现实眼镜耦合元件体光栅的角度带宽。该方法通过复用等周期变倾角干涉条纹满足了不同入射角的布拉格条件，并且消除了体光栅周期变化对入射光衍射角度的影响，从而提升耦合元件体光栅的角度响应范围，降低光栅衍射引入的杂散光。利用严格耦合波理论对复用三幅等周期变倾角干涉条纹的体光栅进行模拟，在波长530nm的TE和TM偏振态下，复用后的体光栅角度带宽分别为3.6°和3.3°，与单幅干涉条纹体光栅相比，角度带宽扩展了1倍。该方法有望打破体光栅角度带宽受光栅材料的限制，用于扩展近眼显示成像系统的视场角，实现轻量化、高效率、大视场、低杂散光的增强现实眼镜。
光纤光镊具有结构简单、操作灵活、尺寸小的特点，在生化分析、生命科学等领域有广泛应用。特殊纤芯结构的光纤探针在近场倏逝波光阱力、纤芯光束耦合传输、微流控技术交叉协同应用等方面具有天然优势，能实现细胞、亚细胞级微粒收集、输运等功能，可以显著提升微粒的三维捕获能力以及动态操纵水平。本文综述了不同纤芯结构光纤光镊的结构特点与应用技术研究进展，对特种芯光纤光镊系统中探针制备、激光光源、耦合方式等关键技术进行梳理和对比，总结与展望了不同结构特种芯光纤在光纤光镊中的作用与发展。
单波长激光通信终端之间数据通信时，信号的传输与接收间良好的隔离性能是建立双工双向激光通信的关键。本文针对单个激光波长激光通信端机的传输与接收方案，以及激光通信终端整体的通信性能，分析了关键元器件的表面粗糙度和表面清洁度水平对激光通信终端隔离性能的影响；并通过Harvey模型、ABg模型推导模型参数，并利用TracePro软件对所设计的方案进行分析。进而得出结论：当信号传输通道中λ/2波片、λ/4波片和光学天线结构的表面粗糙度或者表面清洁度升高时，元件带来的后向散射会降低信号传输通道内的隔离性能。同时，激光通信终端隔离度的测量结果为77.86dB，与软件仿真的结果78.35dB基本一致，这一结果可以在激光通信系统通信中应用。
为了实现对双线阵测绘相机视轴抖动的实时测量，建立了航天线阵测绘相机视轴测量模型。首先，通过在相机焦平面两端设置激光收发装置，经由中央棱镜关联，构建了两台相机之间的夹角参数变化测量模型。接着，基于双矢量定姿原理推导了计算表达式，可以实现相机焦距及绕XYZ三轴变化量的高精度测量。对计算方法误差进行了分析，并通过仿真进行了验证。此外，还对本文提出方法与工程上常用的简化方法之间的残差进行了仿真，结果表明,简化方法仅在很小的测量范围内与本文提出方法一致性良好，但测量角度范围扩大到2′时，采用本文提出的计算方法才能得到0.1″精度测量结果。最后在热真空环境下进行了试验验证，验证了采用该计算方法相机内外参标定精度达到0.1″，结果表明两台相机夹角参数表现出轨道周期性规律，为后续开展立体测绘任务提供了良好的参考。
自然界中物体运动无处不在，随着智能汽车、6G移动通信的高速发展，对通信和运动探测传感融合的高集成度通感一体器件的需求日益增加。本文基于氮化镓多量子阱结构发光和探测并存的特点，提出了一种基于蓝宝石衬底外延生长氮化镓多量子阱材料的集成式光电子芯片，该芯片具有灵敏的运动探测功能及可见光通信功能。该光电子芯片的发射器向运动的目标物体发射蓝光波段可见光信号，经目标物体运动调制的可见光信号反射回光电子芯片的接收器部分，激发变化的光电流。分析接收器光电流变化，可探测以不同速度旋转的目标物体的运动情况，光电流曲线变化周期与目标物体旋转周期一致。本文还研究了光电子芯片的各项光电指标及可见光通信性能，该芯片可用作可见光通信系统收发终端，可以处理和传输芯片采集到的运动探测信号。基于氮化镓多量子阱材料的光电子芯片在低成本、低功耗、高集成度的光学运动探测领域提供了一条很有前途的途径，是一种具有实用价值的高集成度通感一体终端器件。
微型头戴式单光子荧光显微成像技术是近些年出现的用于神经科学研究的一种突破性方法，可以对自由移动活体动物的神经活动进行实时成像，提供了一种前所未有的方式来访问神经信号，迅速增强了我们对大脑如何工作的理解。在脑科学研究需求的推动下，目前已经出现了许多种类型的微型头戴式单光子荧光显微镜，如高分辨率成像、无线记录、三维成像、双区域成像和双色成像等。为了更加全面的了解和认识这种新兴的光学神经成像技术，本文按成像视场进行分类，对目前报道的不同类型微型头戴式单光子荧光显微镜所具有的特点进行了介绍，重点讨论了其所采用的光学系统方案和光学性能参数，分析并对比了不同方案之间的优缺点，以及未来的改进方向，以便为脑科学研究人员的实际应用提供参考。
为实现中高频振动信号的测量，本文设计了一种基于轴承和柔性铰链结构的光纤布拉格光栅加速度传感器。首先，基于理论力学模型推导出其固有频率、灵敏度与结构参数的数学模型，然后进行结构优化设计，并制作了传感器实物；在此基础上对所设计传感器动态特性进行了有限元仿真和实验测试，研究结果表明：传感器工作频率范围为10～1200 Hz，加速度灵敏度达17.25 pm/g，测量误差小于0.3 g，线性度大于0.99，重复性误差为2.33%，且能实现温度补偿。
为了解决传统的解析理论设计方案存在的计算复杂度高、有限解析解、耗时长等问题，在传统的光器件设计基础上，提出一种依据逆向设计方法设计分光比可调的光功率分束器方案。在1.92 μm×1.92 μm的紧凑区域内，引入Ge2Sb2Se4Te1(GSST)相变材料改变器件的折射率分布，利用直接二进制搜索算法搜索GSST晶态和非晶态的最优状态分布，设计实现同一种器件结构，分光比可调的T型光功率分束器，仿真分析了器件的初始结构、分光比、相变材料区域状态分布、制造容差以及光场分布。结果表明：设计分光比1∶1、1.5∶1、2∶1的三种光功率分束器在波长1530 nm−1560 nm之间的最小相对误差分别为0.004%、0.14%和0.22%，在制造容差范围内传输曲线最大波动分别是0.95 dB、1.21 dB、1.18 dB。该分光器结构紧凑，对于在光通信和信息处理领域的应用有着较大潜力。
光学成像分辨率受衍射极限，探测器尺寸等诸多因素限制。为了获得细节更丰富、纹理更清晰的超分辨率图像，提出了一种多尺度特征注意力融合残差网络。首先使用一层卷积提取图像的浅层特征，之后通过级联的多尺度特征提取单元提取多尺度特征，多尺度特征提取单元中引入通道注意力模块自适应地校正特征通道的权重，提高对高频信息的关注度。网络中的浅层特征和每个多尺度特征提取单元的输出作为全局特征融合重建的层次特征。最后利用残差分支引入浅层特征和多级图像特征，重建出高分辨率图像。算法使用Charbonnier损失使训练更加稳定，收敛速度更快。在国际基准数据集上的对比实验表明，该模型在客观指标上优于大多数最先进的方法。尤其在Set5数据集上，4倍重建结果的PSNR指标提升了0.39 dB，SSIM指标提升至0.8992，且算法主观视觉效果更好。
氨气排放会对环境以及人体健康造成危害，因此对环境中氨气浓度的高精度监测显得尤为重要。本文基于具有高灵敏度、高响应速度等优点的离轴积分腔输出光谱技术(OA-ICOS)对氨气高精度检测装置进行了设计。使用基长30 cm装有反射率为99.99%的高反镜的光学谐振腔作为气体吸收池实现了近3000 m的光程，将中心波长为1528 nm的分布反馈式激光器（DFB）调谐至6548.611 cm−1和6548.798 cm−1附近，在常温140 torr的气压下对10−50 ppm范围内NH3进行了检测，测量结果表明NH3浓度与信号幅值的线性拟合度R2可达0.99979。使用Allan方差对实验数据进行分析得到在13 s后系统的平均检测极限为9.8 ppb，在103 s时系统的最低检测极限可达7 ppb（S/N~1）。通过实验验证，表明该检测装置具有良好的稳定性与高灵敏度，满足对氨气高精度检测的需求，也为国内自主研发痕量气体高精度检测设备提供了技术经验。
车载红外图像的目标检测是自动驾驶进行道路环境感知的重要方式。针对现有车载红外图像目标检测算法中内存利用率低、计算复杂和检测精度低的问题，提出了一种改进YOLOv5s的轻量型目标检测算法。首先，将C3Ghost和Ghost模块引入到YOLOv5s检测网络，降低网络复杂度。其次，引进αIoU损失函数，以提升目标的定位精度和训练效率。然后，降低网络结构下采样率，并利用KMeans聚类算法优化先验框大小，以提高小目标检测能力。最后，分别在主干网络和颈部引入坐标注意力（Coordinate Attention，CA）和空间深度卷积模块进一步优化模型，提升模型特征提取能力。实验结果表明，改进算法相对于原算法YOLOv5s，模型大小压缩78.1%，参数量和每秒千兆浮点运算数分别减少84.5%和40.5%，平均检测精度和检测速度分别提升4.2%和10.9%。
为了明晰碟片多通放大器的腔体设计方法，本文对不同类型的碟片多通放大器做归纳与总结，共归纳出（1）4
为了更好地保留多光谱去马赛克图像中的高频信息，本文提出了一种基于改进引导滤波器的多光谱图像去马赛克方法。本方法首先基于自回归模型对相邻像素点间的强相关性进行建模，在每个像素处渐进地估计其模型参数，通过最小化局部窗口内的估计误差得到最优估计值来插值采样密集波段G，并生成高质量的引导图像；然后引入加窗固有变分系数到惩罚因子中，得到具有边缘感知能力的加权引导滤波器并重建其余稀疏采样波段。最后使用CAVE数据集和TokyoTech数据集进行仿真。实验结果表明：相较于主流的5波段多光谱图像去马赛克方法，本方法重建图像的峰值信噪比和结构相似度在CAVE数据集和TokyoTech数据集上分别提高了3.40%，2.02%，1.34%，0.30%和6.11%，5.95%，2.28%，1.42%，且更好地保留了原始图像的局部结构和颜色信息，减少了边缘伪影和噪声现象的出现。
聚焦型太阳模拟器可以获得高倍汇聚的太阳辐射光斑，在太阳能热发电及热化学研究领域具有重要应用。为了获得均匀的太阳辐射光斑，提出了基于非成像光学的自由曲面聚光镜设计方法，详细阐述了设计原理与具体方法，设计了自由曲面聚光镜与包容角相同的非共轴椭球聚光镜进行对比，通过仿真分析验证了设计方法的正确性。仿真结果表明：使用额定功率为6 kW的氙灯作为光源时，自由曲面聚光镜构成的单灯太阳模拟器可以在直径60 mm的目标面内提供平均辐照度为274.4 kW/m2的光斑，与非共轴椭球太阳模拟器相比，光斑不均匀度从18.28%下降到5.69%；七灯太阳模拟器可以产生平均辐照度1.65 MW/m2的光斑，光斑不均匀度从13.19%下降到5.79%。
光程吸收光谱技术是吸收光谱技术发展中的一个重要分支，近年来基于不同光源技术、吸收腔技术、探测方式的光程吸收光谱技术大量涌现。随着对探测灵敏度和吸收光程长度需求的提高，出现了基于增强吸收原理的光程吸收光谱技术，包括：积分腔光谱（ICOS）、腔增强吸收光谱（CEAS）和腔衰荡光谱（CRDS）。增强吸收光谱技术具有高光谱分辨率、高灵敏度、快速响应、便携等优势，但至今缺乏统一的概念和明确的分类依据。本文梳理了吸收光谱技术的发展历程，明确了多光程吸收光谱技术的概念。依据吸收腔内是否发生谐振吸收，提出了基于谐振原理的吸收光谱技术这一概念，分析总结了谐振吸收光谱技术的研究现状，并对这些技术在各领域的应用进行概述。最后，对谐振吸收光谱技术中关键技术的未来发展进行了展望。
太阳光经大气散射与水面折射后会形成有一定分布特性的水下偏振光，利用水下偏振光的偏振分布模式可实现水下导航。本文提出了基于波浪水面下偏振光分布模式的气-水模型，可用于计算大气多次散射后波浪折射影响下水下偏振光的偏振分布模式。模拟并对比分析了平静水面、正弦波浪与随机波浪下不同太阳高度角的水下偏振光的偏振度和偏振角的分布图像，并通过水下实验进行了验证。水下偏振光模式模拟结果与实测结果的对比表明，利用该模型可以准确表征典型波浪水面下的偏振光分布模式特性，为提高水下偏振导航在水面波动条件下的环境适应性提供理论模型基础。
针对红外图像序列中复杂背景干扰下容易出现的高虚警问题，提出一种基于
在大倾角航空相机对地面目标定位过程中，借助数字高程模型可以有效解决地球椭球模型定位存在的大地高误差影响。其中获取地面坐标的准确信息特别是高程信息尤为重要。首先，利用齐次坐标的变换根据载机的位置姿态信息以及航空相机的框架角信息等求解出成像系统视轴在地理坐标系下的指向，再利用数字高程模型确定目标点的坐标。针对成像过程中目标点高程计算繁琐、容易不迭代等问题，提出了一种快速迭代方法对目标高程值进行迭代。通过对目标区域高程进行折半查找处理，计算该处视轴光线高程与地面高程差值。继续计算该高程差中值并继续迭代，直到小于一定阈值。最后使用蒙特卡洛分析法对整个成像过程存在误差项进行分析。实验结果表明：采用快速迭代法进行计算，当收敛阈值为十分之一DEM网格精度时，迭代效率提升50%，收敛速度大大提高；且通过数字高程模型计算，在飞行高度15409米，相机框架角大于74°时，对于山地区域目标的圆概率误差小于200 m，可以满足实际工程需要。
在空间引力波探测的超长臂干涉测量过程中，杂散光问题长期以来受到广泛关注。一方面，本地干涉仪发出的激光通过望远镜时会产生后向相干杂散光。另一方面，在轨情况下，来自空间的环境辐射入射到航天器还会产生前向非相干杂散光。一直以来，前向非相干杂散光受到的关注较少，然而却是空间引力波望远镜设计的必要环节。因此，本文对空间引力波探测望远镜在轨情况下产生的杂散光进行相关研究测量与抑制。首先，根据太极计划三星卫星编队的轨道数据对全年太阳角进行计算，对1064 nm波段附近的太阳辐射进行评估，推导了遮光罩投影函数，最终给出遮光罩设计指标。然后，对望远镜进行光学与机械建模，并对关键光学原件进行散射测量。最后，根据入射太阳光能量对到达望远镜出瞳的杂散光进行计算。结果表明：当入射光与光轴夹角为60°时，出瞳处的杂散辐射可达到3.9×10−12 W，对应点源透射 比为8.7×10−9，满足空间引力波探测超低杂散光的需求。
为了提高传统星敏感器的姿态测量精度，可将干涉测角技术与传统星敏感器相结合，这就在传统星敏感器质心定位技术的基础上，利用星像点的光强信息进一步进行细分，因此突破了质心定位的精度限制，形成具有大视场高精度的干涉星敏感器。本文对制约干涉星敏感器测角精度的因素进行深入研究，重点研究干涉条纹的分割误差对测角精度的影响机理。通过研究分析，我们得出结论：光锲阵列不等分误差不是影响干涉星敏感器测角精度的主要因素；莫尔条纹周期与光楔阵列整体通光尺寸不匹配误差小于1%时，可保证单因素测角误差小于0.01"；对于莫尔条纹取向与光楔阵列排布方向不正交误差，条纹旋转角度应当小于0.1°时，可保证单因素测角精度误差小于0.01"。所以，应在实际加工与装调过程中抑制上述两个主要误差，从而使干涉星敏感器的实际测角精度接近高精度理论值。
太极计划是一项中国探测空间引力波的重点任务，望远镜作为空间引力波探测中的重要组成部分，它的性能会直接影响引力波探测的精度。现有典型的空间引力波望远镜结构存在次镜灵敏度高，难以满足更大口径的空间引力波望远镜对制造装调公差要求，特别是对在轨稳定性公差要求。为解决以上问题，首先，提出了一种中间像面设置于三四镜之间的新型空间引力波望远镜光学系统结构，降低次镜灵敏度；结合高斯光学理论方法，从理论上分析并计算新型望远镜结构的初始参数。其次，通过优化设计，获得入瞳直径为400 mm，放大倍率为80倍，科学视场为±8 μrad，波前误差RMS值优于0.0063λ的望远镜光学系统。最后，建立了望远镜系统的灵敏度评价公差分配表，对比分析了现有望远镜结构与新型望远镜结构的公差情况；相较于现有望远镜结构，新型望远镜结构的灵敏度降低了30.4%。结果表明：新型望远镜结构具有低灵敏度优势，为空间引力波望远镜的设计提供了一种优选方案。
针对结直肠镜图像分辨率偏低、纹理信息偏少和细节模糊等缺点，提出了一种基于残差注意力网络的图像超分辨率重建算法SMRAN，选取结直肠息肉内窥镜图像数据集PolypsSet中的部分图像作为原始数据进行实验。首先使用卷积网络提取低分辨率图像的浅层特征；其次，设计Res-Sobel结构对图像边缘特征进行增强；然后通过引入不同大小的卷积核，设计多尺度特征融合模块MEB，自适应地提取不同尺度的特征，从而得到有效的图像信息，并通过残差注意力网络将Res-Sobel模块和多尺度特征融合模块MEB进行连接；最后，通过亚像素卷积层对图像进行重建，得到最终的高分辨率图像。在尺度因子为×4时，网络在测试集上的测试结果如下: 峰值信噪比PSNR为34.25 dB，结构相似性SSIM为0.8675。实验结果表明，与传统的双三次插值算法及常用的SRCNN、RCAN等深度学习算法相比，本文提出的算法SMRAN对结直肠内窥镜图像具有更好的超分辨率重建效果。
空间引力波探测激光干涉系统由多路干涉仪组成，涉及到多组干涉信号的相位采集和读出，因此多通道相位测量系统是空间激光干涉的关键核心技术之一。本文从太极计划及其地基激光干涉实验的需求入手，设计、搭建并测试了多通道相位测量系统。首先，给出多通道相位测量系统的软硬件设计，包括硬件架构设计、数字锁相环测相算法、软件架构设计等。其次，对多通道相位计进行时域功能测试，包括相位准确度和线性度。测试表明多通道相位测量系统在不同工况下的动静态相位线性度和准确度良好。最终，对多通道相位计进行不同通道、不同频率、不同幅值下的频域噪声测试。测试表明本文设计的多通道相位计，在0.1 mHz−1 Hz频段内，相位噪声水平均优于
通过湿法转移二维材料与半导体衬底形成异质结是一种常见的制备异质结光电探测器的方法。在湿法转移制备异质结的过程中，不同的制备工艺细节对二维材料与半导体形成的异质结的性能有显著影响。本文以典型的二维材料石墨烯(Gr)为例，采用湿法转移制备了一系列相同的Gr/Si异质结光电探测器，对其制备工艺与伏安特性的关系进行了详细研究。实验结果显示，梯度式烘干工艺可以显著降低Gr/Si异质结器件的暗电流，最佳的烘干温度峰值为170 °C，170 °C 以上漏电流基本不再有变化。Gr/Si范德华异质结表面杂质与夹层中的残留水分对异质结的漏电流有显著影响。 Gr/Si范德华异质结的选择性刻蚀和退火工艺也能够大幅降低漏电流。因此，合适的烘干工艺、选择性刻蚀工艺、退火工艺在Gr/Si异质结器件的制备过程中是必要的。这些结果对于使用湿法转移方法制备二维材料异质结器件具有一定的参考价值。
利用半导体性单壁碳纳米管（SWCNT）的高吸收系数、优异的光电特性和高载流子迁移率等特点，本文构筑了基于半导体性SWCNT （sc-SWCNT）/富勒烯（C60）异质结的透明全碳宽光谱的场效应晶体管型光电探测器。该器件的大部分结构均由碳基材料组成，全碳异质结作为导电沟道材料，金属性SWCNT作为源漏电极，氧化石墨烯（GO）作为介质层，在可见光波段透光率均高于80%。电学测试结果表明，该光电探测器表现出了较强的栅控能力，实现了从405-1064 nm的可见光-近红外宽光谱响应，在5 mW/cm<sup>2</sup>的940 nm激光照射下，该器件光电响应率可以达到18.55 A/W，比探测率达到5.35×10<sup>11</sup> Jones，同时，表现出了优异的循环稳定性。
基于大增益带宽和高热导率晶体的偏振复用激光技术可以提高双频激光器和双光梳激光器在输出光谱范围和功率方面的性能。在本文中我们证明了基于Yb:CALGO晶体的偏振复用激光器。通过将两片与光轴成45°角切割的双折射晶体放置在增益晶体的前后两侧形成三明治结构，利用双折射晶体的偏振特性使腔内激光形成只在三明治结构部分具备空间分离其余部分共线的偏振方向互相垂直的两种模式。同时，这种三明治结构既能使单束泵浦光能够自动分离为两束空间分离匹配的泵浦光，也可以使腔内增益晶体放置在腔内模式腰斑位置处，与泵浦光达到更好的模式匹配，提高光泵浦效率。最终测得的激光输出功率达到瓦量级并且斜率效率超过30%。在腔内加入标准具后，实现了频差为太赫兹量级的稳定双频激光运转。
太极计划是中国科学院提出的空间引力波探测任务，利用激光差分干涉的方法学探测卫星间由引力波引起的pm级位移波动。为消除由卫星间因时钟不同步而产生的测量误差，拟采用边带倍频时钟噪声传递的方法进行星间时钟噪声测量与消除。本文讨论太极计划星间时钟噪声传递的需求、原理、方法，并设计实验进行原理验证。通过搭建电子学实验测试两个系统时钟噪声的极限值，确定实验相关参数，进一步光学实验验证边带倍频传递方案的原理。实验结果表明，本文提出的时钟噪声消除方案及相关参数合理可行，适用于太极计划的需求。在0.05 Hz~1 Hz频段，星间时钟噪声的抑制效果优于2π×10−5 rad/Hz1/2，满足太极探路者的噪声需求，为未来太极计划的时钟噪声传递的方案与参数设计奠定实验和理论的基础。
流式细胞显微图像分析法是水体浮游藻类自动鉴别方法的重要发展方向，其中快速进样条件下细胞显微图像产生形变，影响浮游藻类自动鉴别准确率。基于搭建的浮游藻类微流控-显微成像实验系统，通过对不同进样流速下藻类细胞显微形变和图像清晰度的分析，研究了流速对显微成像形变的影响规律。基于卷帘快门拍摄运动物体产生形变原理，提出了单向偏移像素的图像形变校正方法，并与藻类细胞静态条件下获取图像进行了对比分析。实验结果表明：静态条件下湖生卵囊藻细胞图像长宽比及清晰度均值分别为1.16和116.53；动态进样过程中，随着流速增大细胞图像形变（长宽比）逐渐增大、清晰度降低；95 µL/min进样流速下细胞图像长宽比校正前后均值分别为1.35和1.26，形变离散程度由校正前的0.33降至0.1，与静态细胞形态接近且校正前后图像清晰度基本不变。研究结果为提升水体浮游藻类细胞自动鉴别准确率提供了方法。
我们提出了均匀偏振cosh-Pearcey-Gauss 光束，其主要由双曲余弦函数(
为了获得可调谐长波红外激光输出，本文设计了一种基于ZnGeP2（ZGP）温度调谐的长波红外光参量振荡器。采用中心波长为2097 nm的Ho:YAG激光器泵浦不同相位匹配角的ZGP晶体，通过改变晶体工作温度来研究ZGP - OPO温度调谐特性。在15~30 °C温度范围内，实现了7.53~8.77 μm分段可调谐长波激光输出，总调谐宽度为1.24 μm。整个调谐范围内，输出功率大于1.503 W，当闲频光波长为8.77 μm时，输出功率为1.503 W，斜率效率和光光转换效率分别为12.19%和6.53%。实验结果表明，ZGP温度调谐是实现连续可调谐长波红外激光输出的有效技术途径。本实验研究在可调谐长波固体激光器工程化领域具有潜在的应用价值。
为了消除光束倾角带来的不确定性，本文建立了一种双路偏振式激光多普勒测速系统。该系统使用双光束双探头结构来探测物体的运动信息。首先，通过转动实验精确获得双光束间的夹角大小，对于任意光束倾角下，本文采用双探头装置收集运动物体表面的散射光束，结合双路偏振式光路结构，得到两路干涉信号的多普勒频移。然后，创新采用了细化分帧算法对两路干涉信号进行实时解调，通过两路速度分量的合成得到物体真实速度。实验结果表明：速度在10 mm/min~1500 mm/min范围内，测量值与理论值之间的平均误差可以达到1%~5%。在非平稳运动过程中，通过细化分帧算法修正后的v-t图像RMSE均值为1.19 mm/min。该系统结构满足了对速度测量时稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。
为了提高偏振分束器的消光比，提出了一种由混合等离子体水平狭缝波导(HSW)和氮化硅混合垂直狭缝波导(VSW)组成的双槽超紧凑偏振分束器(PBS)。同时，包层材料为二氧化硅，既能防止混合等离子体氧化，又便于与其他器件集成。采用有限元方法仿真HSW和VSW的模态特性。HSW和VSW波导在特定的宽度下TE偏振模式是满足相位匹配的，而TM偏振模式相位不匹配。因此，HSW波导中的TE模式与VSW波导发生强耦合，而TM模式直接通过HSW波导。结果表明，在1.55 μm的TE模式下，PBS的消光比(ER)为35.1 dB，插入损耗(IL)为0.34 dB，在TM模式下，PBS的ER和IL分别为40.9 dB和2.65 dB。所设计的PBS有100 nm的工作带宽，具有高ER，低IL的特点，适用于光子集成电路(PICs)。
为了实现双面抛光晶圆总厚度变化(TTV)和变形程度中弯曲度(Bow)和翘曲度(Warp)的测量，提出了一种干涉测量的方法。采用两个带有标准镜的菲索式相移干涉仪对晶圆正反面同时进行测量，将测量所得晶圆正反面形貌与未放置晶圆时两个干涉仪的空腔形貌进行组合运算，可得到不受标准镜误差影响的双面抛光晶圆的表面相关参数。在组合运算中，由于两个标准镜未精确对准会产生映射误差，影响相关参数的测量结果。针对这一问题，在晶圆测量之前，将三点定位装置固定在两个标准镜之间，基于三点定圆定理不断调整两个标准镜的位置，可使映射误差极小，进而减小映射误差对测量结果的影响。实验结果表明，50 mm晶圆横向和纵向的映射误差分别为21.592μm和37.480μm，TTV、Bow和Warp分别为0.198μm、-0.326μm和1.423μm。为了进一步验证调整方法的有效性，采用单个干涉仪对晶圆进行翻转测量，由测量结果可知晶圆的TTV、Bow和Warp分别为0.208μm、-0.326μm和1.415μm。所提干涉法在调整好两个标准镜的位置后，可以方便快速的用于大批量大尺寸晶圆的测量，提高了晶圆的检测效率，同时具有较高的测量精度。
为了提高品质因子（Quality value，
本文提出使用单层光栅超表面结构耦合的方式实现太赫兹人工表面等离子体激元（SSP）共面激发，克服了通过介质耦合器在实际应用时需要反射测量不便等缺点。在单层金属结构上同时构造周期性光栅和太赫兹SSP复合结构，当太赫兹波垂直入射时，实现光栅波矢和SSP波矢相匹配，激发SSP模式，在透射谱中可以产生高
为了提高电润湿液体透镜变焦的稳定性，借鉴玻璃透镜的研究方法，提出了一种基于统计数据的液体透镜重复变焦精度指标，用于描述其变焦稳定性，并给出了液体透镜设计参数优化及材料优选的实验方法。首先，通过初步实验研究与分析，得到影响液体透镜重复变焦精度的主要影响因素——极性溶液体积、锥度、非极性溶液粘度；其次，以重复变焦精度和变焦范围为评价指标，发现重复变焦精度与电压的关系不具有单调性，存在先升后降的现象。在此基础上，运用极差分析与综合平衡法，得到各因素主次及最优参数组合，采用正交实验法优化设计参数，最后实验验证了该方法的有效性。实验结果表明，优化后的液体透镜，在150 V电压处，重复变焦精度为0.2 m−1；在0~230 V电压范围内，变焦范围−15.2~5.85 m−1。基本满足液体透镜变焦稳定可靠、精度高、变焦范围大等要求。
作为一种新型光电探测技术，偏振成像可同时获取场景的空间分布和偏振特征，针对特定应用场景具有优异的材质区分及轮廓辨识能力，广泛应用于目标探测、生命科学、环境监测、三维成像等领域。偏振分光或滤光器件是偏振成像系统的核心元件，然而传统该类器件受限于体积庞大、性能不佳、易受干扰等问题，难以满足高集成、高性能、高可靠性偏振成像系统的要求。超构表面是一种结构单元以亚波长间隔准周期排列而成的二维平面器件，可在不同偏振方向对光场的振幅、相位进行精细操纵。基于超构表面的偏振器件具有体积小、重量轻、维度高等特点，为集成化偏振成像系统提供新的解决方案。本文针对偏振成像领域，综述相关超构表面的功能原理、发展脉络和未来趋势，讨论并展望其在成像应用和系统集成方面所面临的挑战与未来。
为了克服近地面湍流对几十到几百米中长成像距离下光学系统成像质量的不利影响，设计了基于长焦距望远物镜和一体化自适应模块的光学成像系统。在系统中心高度1.9 m及50−200 m的成像距离下，开展了分辨率板的室外成像实验。实验结果表明，在近地面的50−200 m中长距离下湍流对成像质量的影响明显，所搭建的实验系统能够在不同距离下有效克服湍流影响，提高图像的分辨率和清晰度的一致性，但随着成像距离的增加，湍流的影响在增大，系统的校正能力在降低，成像质量在下降。系统在100 m成像距离下的成像分辨率能够达到0.5 mm。在200 m的距离对混凝土模型表面的裂缝进行了观测及校正实验，实验结果表明，系统能够抑制湍流影响，提高裂缝图像的清晰度，验证了系统的实际应用能力。
在大温差条件下，红外光学系统会由于温度剧烈变化导致系统成像质量变差，用于机载林火监测的大视场中波红外相机工作环境变化剧烈，对杂散辐射要求较高，为保证光学系统在要求的大视场和大温差条件下具有稳定的性能和良好的成像质量，通过基于消热差的设计方法和基于噪声等效温差的杂散辐射综合评价方法，设计了一套制冷型中波红外光学系统，该光学系统由6片透镜和1片滤光片组成，工作波段为3.7~4.8 μm，F数为2.5，焦距为62.5 mm，视场14.36°×10.87°，探测器采用640×512 阵列中波制冷型探测器，通过采用硅、锗材料组合，合理分配光焦度，实现了消色差和消热差设计，通过冷反射优化和冷光阑匹配设计，较好的抑制了系统的杂散辐射噪声，通过引入少量非球面优化，在满足指标要求的情况下，对高阶像差进行了校正。结果表明，光学系统在−55~+70 °C温度范围内，成像质量稳定良好。
稀疏孔径成像系统在校正共相误差后可实现多个子孔径干涉成像，达到提高成像分辨率的目的。本文以Golay3稀疏孔径成像系统为研究对象，分析了子孔径间存在不同活塞误差和倾斜误差时，系统的MTF和面目标成像情况。研制了一套Golay3稀疏孔径成像系统，以USAF1951分辨率板为面目标进行了成像实验。通过调整光束折转调整模块中的平面反射镜位置，校正了子孔径的活塞误差和倾斜误差，实现了三孔径合成成像，对理论分析的结果进行了验证。实验结果表明：所研制系统的角分辨率1.77 urad接近于等效单口径成像系统的理论极限分辨率1.18 urad。所研制的Golay3稀疏孔径成像系统能有效的校正共相误差，提高成像分辨率。
为了实现航空航天发动机尾焰、燃烧、爆炸等高温温度场的非接触高精度测量，研究静态干涉型高温温度场探测方法。首先，设计静态干涉型高温温度场探测系统，理论分析高温温度场测量原理，研究高温干涉信号强度最低点光程差与温度的关系；其次，针对常用温度范围及可见光面阵探测器响应波段，设计静态干涉具Savart棱镜，结合一维扫描实现温度场成像；最后，设计光学系统，拟合获得干涉最弱光程差与温度的对应关系，并获得线性拟合公式，仿真验证温度场经过系统后到达面阵探测器的干涉信号图像。结果表明，该静态干涉型高温温度场探测方法可实现1000 K−3000 K温度的高精度探测，且在线性区域，温度测量分辨率1.4 K，温度测量相对误差优于0.8%。为军民领域的高精度高温温度场成像奠定基础。
为了有效压制4.3 μm附件CO2辐射对3 μm~5 μm中波红外目标信号的干扰，基于Needle随机插层优化算法，采用电子束蒸发方法，建立了石英晶振监控方式下多层超厚Ge/Al2O3薄膜生长误差的精确反演修正模型，实现了中波红外陷波滤光片的设计、精确反演与制备；同时，针对中波红外陷波滤光片存在的面型变化大问题，采用预置基底面型方法，实现了中波红外陷波滤光片低面型调控。研究结果表明：随着镀膜时间的增加，高折射率Ge膜具有较好的生长稳定性，而低折射率Al2O3薄膜材料沉积比例因子变化高达11.9%，且呈规律性渐变趋势；所制备的中波红外陷波滤光片在4.2 μm~4.5 μm波段区间平均截止透过率<0.3%；3.5 μm~4.05 μm及4.7 μm~5.0 μm波段的平均透过率>95%，镀膜后的面型可被有效控制在较小范围；膜层具有较好的复杂环境适应性，成功通过了GJB 2485-95中牢固性、高温、低温、湿热等环境试验考核。
设计了一种用于甲烷和氢气同时检测的基于表面等离子体共振(SPR)的新型光子准晶体光纤(PQF)传感器。在该传感器中，在银膜上分别沉积Pd-WO3和掺杂聚硅氧烷的笼型分子E薄膜作为氢气和甲烷的敏感材料。采用全矢量有限元方法对PQF-SPR传感器进行了数值分析，证明了该传感器具有良好的传感性能。在0% ~ 3.5%的浓度范围内，氢气的最大检测灵敏度和平均灵敏度分别为0.8 nm/%和0.65 nm/%，甲烷的最大灵敏度和平均灵敏度分别为10 nm/%和8.81 nm/%。该传感器具有同时检测多种气体的能力，在设备小型化和远程监测方面具有很大的潜力。
航空发动机叶片的加工质量与检测精度对于叶片的使用寿命有着十分重要的影响。本文针对如何提高叶片检测精度的问题，提出一种基于结构光的高精度扫描视点规划方法。首先，在叶片整体尺寸下对其进行粗扫描获取粗模型数据，并根据相机分辨率与采集精度确定视野范围。其次，利用改进Angle Criterion算法进行边界提取，根据边界坐标与视野范围完成边界分割点的确定，利用曲面的截面线法对粗模型进行切片，根据切片结果确定内部分割点，从而完成点云均匀分割。然后，对分割后的点云数据建立有向包围盒获取中心点坐标，并对其法向量进行统计，确定主法线方向，从而生成高精度扫描的视点坐标。最后，对叶片进行表面形貌检测验证，实验结果表明，与超体素分割的视点采集结果相比，本文方法的平均标准差降低了0.0054 mm，且采集视点减少1/3。提出的视点规划方法对薄壁叶片在机加工检测具有良好的应用前景。
提出一种倍频因子连续可调，且相位连续变化的微波光子移相系统。该方案使用两个并联的马赫曾德尔调制器，通过2×2光耦器与两个双并联的集成马赫曾德尔调制器级联，产生可调节的±1~4阶边带，并使用相位调制器对其中一个光波进行相移。通过调整DPMZM的射频驱动信号和直流偏置电压以及PM的直流电压，可以产生相位从0到360度连续可调的2到8次谐波。仿真结果表明，当射频信号频率为10 GHz时，可产生频率为20−80 GHz的微波信号。调节相位调制器的直流偏置电压与半波电压比值从0到2变化时，对应微波信号的相位从0°到360°变化，可以获得约20 dB的大光边带抑制比（OSSR）和电杂散抑制比（ESSR）。此外，分析了调制器消光比对输出微波信号光载波抑制比和电杂散抑制比的影响，以及光载波的波长和功率对微波信号幅度波动的影响。
为了对激光光强分布进行准确的测量，本工作提出基于层析成像技术的激光光强分布测量方法。首先，通过数值仿真计算，对本工作中采用的成像模型的准确性以及重建算法的收敛性进行验证。对不同激光光强分布模型以及不同随机噪声等级时的重建精度进行评估。经计算，采用不同典型激光光强模型时其重建误差均小于等于7.02%；在施加10%以内随机噪声时，重建误差均小于8.5%。此外，设计并进行实验，搭建层析成像系统，采用定制的一分七光纤束实现七个角度信号的测量。七个角度分布在垂直于激光光束的平面内近半圆周内，各个角度距离重建区域的距离约为160毫米，且七个角度的角度覆盖范围约为150°。实验时，通过探测激光光束穿过若丹明-乙醇溶液之后的体激光诱导荧光信号，结合后续的数据处理过程来间接实现激光光强三维分布的反演。在数据处理过程中，采用交替迭代重建算法对探测信号进行吸收矫正的三维重建，可间接地获得激光光强分布。为了定量评估测量精度，在进行重建时仅采用其中六个角度，将余下一角度的重建反投影以及投影数据间的相关性用来间接证明此重建方法的可行性。计算结果表明，该角度投影以及反投影之间的相关性系数为0.9802，可间接的验证该方法的可行性。可以预见，本工作提出的激光光强三维测量方案在激光应用领域具有广泛的前景。
在空间引力波探测太极计划中，激光干涉测距系统是获取引力波信号的直接手段，为了消除激光频率不稳定性对其的影响，需利用时间延迟干涉技术进行噪声压制。时间延迟干涉技术是一种数据后处理方法，要实现该技术的数据构型，需对卫星臂长实现精确的绝对距离测量。本文从太极计划的需求分析出发，分别从信源编码设计、延迟环设计以及数据处理算法等方面介绍测距系统的设计方案。在信源编码中，文章通过分析m序列、gold序列、Weil码三种伪随机码的自、互相关性优劣以及长度选取上的灵活性，最终选择了Weil码并筛选出其自相关性最优的移位-截取组合，将其作为测距系统所用的伪随机码。同时，基于该测距系统的设计，搭建了一套地面电子学验证实验装置，以模拟信号传输的物理过程以及验证系统性能。实验主体装置采用一块基于Xilinx公司K7芯片的自研FPGA板卡用以模拟卫星通信测距的过程以及实现锁相环、延迟环等功能。实验将24.4 kbps的16位信息码与1.5625 Mbps的1024位Weil码进行BPSK调制，采样频率为50 MHz，通过10~60 m的射频同轴电缆进行传输后，使用质心法对采集数据进行优化，随后测定该距离。实验结果表明，在60 m范围内，测距精度优于1.6 m。因此，实验证明了测距系统原理及设计的可行性，为下一步的光学系统验证奠定了技术基础。
非视域（Non-Line-of-Sight, NLoS）成像是近年来发展起来的一项新兴技术，其通过分析成像场景中的中介面信息来重建隐藏场景，实现了“拐弯成像”的效果，在多个领域有巨大的应用价值。本文主要针对NLoS成像重建算法进行综述性研究。考虑到目前NLoS成像分类存在交叉和非独立现象，本文基于物理成像模式和算法模型的不同特点，对其进行了独立的重新分类。根据提出的分类标准分别对传统和基于深度学习的NLoS成像重建算法进行了归纳总结，对代表性算法的发展现状进行了概述，推导了典型方法的实现原理，并对比了传统重建方法和基于深度学习的NLoS成像重建算法的重建应用结果。总结了NLoS成像目前存在的挑战和未来的发展方向。该研究对不同类型的NLoS成像进行了较为全面的梳理，对NLoS成像重建算法在内的一系列研究的进一步发展有着一定的支撑和推动作用。
基于视觉的测量方式对航天、军工以及电子芯片等先进制造领域具有良好应用前景以及深远的发展意义，而基于结构光的在机三维视觉检测技术，是目前精密加工领域的热点与难点之一。本文以结构光在机三维测量流程为主线，将其中的关键技术，包括测量标定、相位优化求解、在机三维点云处理及不同特征曲面重构中的技术要求、涉及的方法和原理、相关研究现状及目前存在的问题，进行论述与总结。最后，根据未来相关技术的实际需求，在加工现场标定、动态实时三维重构、亚微米及纳米级测量、测量-加工一体化数据传输技术等方面进行了展望，并提出了相应的研究思路。
本文提出了一种基于二氧化钒（VO2）相变特性的开口谐振环结构多功能超材料器件。该器件由VO2填充的开口谐振环和中心放置十字的顶层、聚酰亚胺（PI）介质层和金属基底构成。VO2在绝缘态时，可以实现交叉极化转换功能，在0.48~0.87 THz范围内，偏振转换率大于90%。当VO2为金属态时，该器件能够实现双频吸收和高灵敏度传感功能。在1.64 THz和2.15 THz频率处的吸收率大于88%。通过改变样品材料的折射率，两个频率点处的传感灵敏度分别约为25.6 GHz/RIU和159 GHz/RIU，品质因子Q分别为71.34和23.12。所提出的超材料多功能器件具有结构简单、可切换功能和高效率极化转换等特性，在未来太赫兹通信、成像等领域都有潜在的应用价值。
本文详细研究了交联剂1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐（EDC）对石墨烯量子点（GQDs）光学性质的影响及原因。采用水热法制备了GQDs，并与EDC反应得到GQDs/EDC复合物，对GQDs和GQDs/EDC的光谱特性进行研究。使用PBS溶液以及人工胃液样品，研究pH对GQDs/EDC荧光影响规律及作用机理。实验结果表明：GQDs表面缺陷被EDC钝化，使得GQDs的荧光在小于1 min内迅速增强，并在5~20 min内保持稳定；相比单独GQDs，GQDs/EDC的荧光强度显著提升约264倍；pH响应实验表明，在pH值为1.75~4.01及4.01~9.28范围内，GQDs/EDC具有荧光和吸收强度线性响应规律。生物兼容性表明，在25~300 µg/mL样品浓度下，人乳腺癌细胞存活率均大于80%；同时，对人工胃液pH具有较高的检测准确性，其相对标准偏差RSD ≤ 1.10%。EDC介导的荧光增强，使GQDs在检测、传感、成像等领域更具优势。同时，GQDs/EDC灵敏的pH响应特性使其在pH值检测应用中具有良好前景。
通过对望远镜进行曲率波前感知，以更好地实现主焦巡天望远镜的集成检测。首先，利用傅立叶光学理论分析了主焦巡天望远镜曲率传感过程以及多环节动态稳定性传递基本原理。其次，对主焦巡天望远镜集成检测中的静态校正与动面形测量过程进行误差分析。然后，分析了调节过程中的自由度锁定。最后，通过实验实现了集成检测过程的原理贯通。所获得的波前探测残差优于0.08
星载长波红外相机工作时需要将整个光学系统的温度降低至−20 °C以下，以减少背景红外辐射的影响。在弱导热连接结构设计的基础上，研制了Ω型柔性遮阳装置，通过直接辐冷方式实现了光学系统的低温设计；研制了鸟笼式三维导热带，实现了主镜筒的均温设计。作为国内首个在空间领域应用的低温光学系统随实践九号B星进行了在轨飞行试验，结果表明，整个光学系统温度可长期保持在−35 °C～−20 °C，主镜筒圆周温度差小于4 °C。该热控设计方法简单有效，可以为类似星载红外光学系统的热设计提供参考。
本文重点研究相机口径、大气湍流强度和卫星轨高对高分辨率遥感卫星定位精度的影响。首先，基于Kolmogorov湍流理论建立对地观测大气湍流模型和湍流模拟方法；然后，仿真分析了相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度对卫星定位精度的影响规律，推导出湍流波前倾斜与相机口径、卫星轨道高度和大气相干长度的普适公式；最后，基于该普适公式，得出卫星对地观测时抖动量的理论计算公式。本论文的研究可为后续高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供大气湍流影响的理论依据。
通过修正描述半导体激光器的动力学模型，给出了具有横向效应的半导体激光器的动力学方程，并分析了横向效应对半导体激光器输出特性的影响。在此基础上，进一步研究了具有横向效应的半导体激光器输出信号的同步传输技术。结果表明，考虑横向效应后，半导体激光器的输出呈现新的时空混沌态，且对初始值非常敏感。同时，无论是利用半导体激光器进行单通道信号的同步传输还是多通道信号的同步传输，其传输性能均十分稳定。该项同步技术十分简单，非常易于实际应用。
基于单光子探测的距离选通成像系统中，需发射短脉冲激光并进行发射器和接收器之间的同步控制，使探测器工作在光子计数模式并在时间上进行积分，以完成成像操作。为了获得满足系统要求的短脉冲激光，同时减小系统体积、降低系统成本，本文提出将基于射频双极晶体管和基于阶跃恢复二极管SRD(结合短路传输线)两种产生窄脉冲电路应用于单光子距离选通成像系统。介绍了二者的原理与设计方法，进行了仿真验证、实物制作及测试，对脉冲发生器的特点、影响脉宽幅值的因素进行了分析。实物测试结果表明，基于晶体管方式可以产生上升时间为903.5 ps、下降时间为946.1 ps、脉冲宽度为824 ps、幅度为2.46 V的窄脉冲。基于SRD方式可以产生上升时间为456.8 ps、下降时间为458.3 ps、脉冲宽度为1.5 ns、幅度为2.38 V的窄脉冲，二者重复频率皆可达到50 MHz。利用这两种设计方法的任何一种配合外部电流驱动激光二极管都能够获得性能优良的短脉冲激光输出。
在机载宽温且反射镜镀膜温度较高的条件下，针对传统反射镜镶嵌件粘接工艺导致反射镜粘接失效、铟钢镶嵌件和反射镜线胀系数差异导致宽温下反射镜面型急剧下降的问题，提出了一种反射镜加工镀膜后再粘接镶嵌件的方法，并对其胶层参数进行研究。采用硅橡胶作为主粘接剂粘接反射镜与镶嵌件，利用硅橡胶固化后良好的弹性缓解支撑件热变形对反射镜面型的影响。通过多目标优化选取合适的硅橡胶粘接厚度1.1 mm，硅橡胶宽度7.2 mm，环氧胶厚度0.022 mm。仿真结果显示在重力及温度变化为−40 °C时（初始温度为20 °C），反射镜面型精度RMS值为25.91 nm，镜组模态一阶频率为242 Hz。最终面型检测RMS值为15.8 nm，结构谐振频率为213 Hz。试验结果显示，此方案使反射镜组件适用于大温差条件下工作，其结构和粘接层设计能够满足机载宽温和振动条件下的使用要求。
针对国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求，对光学对位系统进行了设计及验证，并对该系统用到的平行调整、光学对位及坐标系误差补偿算法进行研究。文章首先对倒装焊接光学对位工艺进行分析；然后对平行性调整及光学对位算法进行介绍，并根据光学对位系统测试流程，提出更加合理的误差补偿算法；最后，以上述算法为理论依据，设计光学对位系统，其包括准直系统、显微成像系统和激光测距三部分。所设计的光学系统可实现平行性粗调，特征点识别及平行性精调功能。试验结果表明，准直系统准直效果较好，显微成像系统分辨率高，成像质量较好，激光测距系统的测距精度为0.084 μm。设计的高精度光学对位系统解决了国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求，已经在国内某型号的倒装焊机中得到应用，对于提高国产高端集成电路的自主研发和生产能力具有非常重要的意义。
针对低对比度红外图像中海天线检测困难，且易受云层、条状波浪和海杂波等干扰因素影响的问题，提出了一种采用偏振差分图像进行海天线检测的方法。首先，利用偏振差分方法增强海面区域的局部对比度和海天线的信噪比；其次，对偏振差分图像采用大尺度的局部对比度累加方法确定海天线区域；最后，在海天线区域中采用梯度显著性及多项式拟合方法完成小尺度的海天线精确检测。该方法将偏振度、偏振角等多维信息融入海天线检测，并采用了大尺度与小尺度相结合的检测方法，能够有效克服云层、条状波浪和海杂波等因素的干扰。实验结果表明该算法的海天线检测准确率为98.5%，平均耗时16 ms，能够实现快速、准确的海天线检测，具有较强的场景适用性。
氨气是重要的基础工业原材料，实现其非接触探测对于及时发现氨气泄漏，避免重大安全事故发生具有重要意义。针对常规氨气泄漏检测装置需等到氨气扩散到一定范围并与传感器接触时才能响应的不足，提出一种混洗自注意力网络(SSANet)模型实现氨气泄漏红外非接触检测。因红外热像仪获取的氨气泄漏图像含噪高、对比度低，故通过非局部均值去噪、限制对比度的自适应直方图均衡化预处理建立氨气泄漏红外检测数据集。SSANet模型在YOLOv5s基础上通过K-means算法聚类分析出适用于氨气泄漏红外检测的候选框以预置模型参数；采用轻量级ShuffleNetv2网络，将其Shuffle Block中的3×3的深度可分离卷积核替换为5×5，采用含有新卷积模块的SK5 Block对特征提取网络进行重构，使模型大小、计算量和参数量实现轻量化的同时提高检测精度；采用Transformer模块代替原网络瓶颈模块中的C3模块实现泄漏区域多头注意力自底向上融合，实现检测精度的再次提升。实验结果表明，SSANet模型较YOLOv5s基础模型大小和参数量分别减少76.40%、78.30%，降为3.40 M、1.53 M；单张图像平均检测速度提升1.10%，达到3.20 ms；平均检测精度提升3.50%，达到96.30%。本文为开发氨气泄漏非接触探测装置以保障涉氨企业的安全生产和稳定运行提供了一种有效的检测算法。
本文提出了一种高倍汇聚辐射光斑能流分布测量新方法，采用辐射能流传感器测量光斑不同位置的能流密度，通过多项式拟合光斑不同位置的灰度与能流密度标定曲线，最终获得辐射光斑的能流分布，并详细阐述了辐射光斑能流分布的测量原理。为了验证测量方法的准确性和可行性，进行了高倍汇聚辐射光斑能流分布测量实验，并与辐射能流传感器测量结果进行比较。结果表明：该测量方法的测量结果与辐射能流传感器的直接测量结果一致，测量偏差小于0.54%，通过分析得出该测量方法的测量不确定度为4.35%，测量准确度较传统测量方法有所提高，满足实际应用需求。
为了实现基于单目相机的弱或无表面纹理特征目标精确测距，提出了一种基于保留边缘频谱信息的改进散焦图像测距算法。通过对比以傅立叶变换和拉普拉斯变换为计算核心的两种经典散焦测距理论，构建相应的清晰度评价函数，根据灵敏度更好的频谱清晰度函数选择基于频谱的散焦测距法，并根据频谱清晰度函数在保留目标边缘信息的基础上选择频域计算范围，从而进行测距。为验证算法的可行性，本文采用6组不同的鸭蛋样本，获取不同光圈、不同距离的散焦图像，利用该改进算法求解鸭蛋到相机镜头的距离。实验结果表明，基于边缘频谱保留的散焦图像测距改进算法具有良好的测距效果，相关系数为0.986，均方根误差为11.39 mm，并发现对于斜放拍摄的鸭蛋图像进行图像旋转处理后，可有效地提升测距能力，均方根误差从11.39 mm下降至8.76 mm，平均相对误差从2.85%下降至2.28%，相关系数提升至0.99。基本满足了弱或无表面纹理特征目标测距的稳定、精度等要求。
为了解决白光干涉相位求解问题，实现微观形貌的高度测量，提出了基于主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）的白光干涉（White Light Interferometry，WLI）微观形貌测量算法。通过搭建的白光干涉显微系统采集多幅干涉图，将其重构成向量形式。在一组干涉图中，用时间平均值来估计背景照明，消除背景光成分。然后，通过矩阵运算得到代表原始数据的特征值及其特征向量。最后，通过反正切函数计算物体的包裹相位分布。实验结果表明，本文所提方法对于标定高度为956.05 nm的台阶测量结果为953.66 nm，且可以获得与迭代算法近似的解，而本文所提方法与迭代算法相比，处理速度提高了2个数量级。利用本文方法分析了表面粗糙度为0.025 µm样块的干涉条纹。结果显示：计算得到的表面粗糙度均值为24.83 nm，标准差为0.3831 nm。本文提出的方法解决了单色光干涉测量中的不足，还具有计算简单、速度快及精度高等优势。
为了提升车道线检测算法在障碍物遮挡等复杂情况下的检测性能，本文提出了一种基于双注意力机制的多车道线检测算法。首先，本文通过设计基于空间和通道双注意力机制的车道线语义分割网络，得到分别代表车道线像素和背景区域的二值分割结果；然后，引入HNet网络结构，使用其输出的透视变换矩阵将分割图转换为鸟瞰视图，继而进行曲线拟合并逆变换回原图像空间，实现多车道线的检测；最后，将图像中线两侧车道线所包围的区域定义为目前行驶的行车车道。本文算法在Tusimple数据集凭借134 frame/s的实时性表现达到了96.63%的准确率，在CULane数据集取得了77.32%的精确率。实验结果表明，本文算法可以针对包括障碍物遮挡等不同场景下的多条车道线及行车车道进行实时检测，其性能相比较现有算法得到了显著的提升。
三维重建是文物信息保护常用的方法，其主要通过点云配准技术重组文物空间的点云信息，配准精度对文物复现有重要影响。针对文物表面复杂点云纹理特征配准存在精度低、鲁棒性差的问题，本文提出一种基于法向量夹角和面状指数特征的局域点云配准方法。首先，根据点云平面特性设定法向量夹角和协方差矩阵阈值，提取同时满足这两个特征的点云特征点；其次，采用K近邻搜索方法提取点云局域特征点集，通过刚性变换使两组点云质心位置重合，完成粗配准；最终，在两点云粗配准的基础上，根据迭代最近点ICP进行精配准。与传统ICP方法进行对比分析，结果显示本文方法的点云配准误差下降了3%，匹配耗时降低了50%，有效地提高了配准精度和效率，增强了点云配准的鲁棒性。
三维重建技术是机器视觉中最热门的研究方向之一，在无人驾驶和数字化加工与生产等领域得到了广泛的应用。传统的三维重建方法包括深度相机和多线激光扫描仪，但是通过深度相机获得的点云存在着信息不完整和不精确的问题，而多线激光扫描仪成本高，阻碍了该项技术的应用和研究。为解决上述问题，提出了一种基于转动式二维激光扫描仪的三维重建方法。首先，用步进电机带动二维激光扫描仪旋转运动来获取三维点云数据。然后，用多传感器融合的方法对激光扫描仪的位置进行标定，采用坐标系变换完成点云数据的匹配。最后，对采集得到的点云数据进行了滤波和精简处理。实验结果表明：相较于深度相机/IMU数据融合的重建方法，平均误差降低了0.93 mm，为4.24 mm；精度达到了毫米级别，误差率也控制在了2%以内；整套设备的成本相较于多线激光扫描仪大大降低。本文方法基本满足保留物体的外形特征、高精度和成本低的要求。
在汽车被动安全领域，对于驾驶员正碰撞击中胸部的研究具有重要的意义。本文基于机器视觉的方法，通过Hybrid Ⅲ 50th汽车碰撞实体假人，构建假人胸部模型。利用遗传算法进行参数优化，优化后标定试验的所有指标均符合法规要求，仿真结果与试验测试结果相符，误差小于5%。随后将含有胸部模型的有限元假人模型放入整车系统进行正碰仿真分析，结果表明：胸部伤害得分值为80%，与试验测试结果相比，仿真结果误差不超过10%。实验结果表明该模型有较好的仿真度，可用于汽车碰撞安全性能的研究。
光频扫描非线性会影响光频扫描干涉（FSI）信号的相位提取精度，进而降低扫频干涉测距精度。针对这一问题，本文提出了一种基于互补集合经验模态分解结合希尔伯特变换（CEEMD-HT）算法的干涉信号相位提取方法。在CEEMD-HT算法进行理论推导和仿真分析的基础上，通过仿真验证了该算法对非平稳扫频干涉信号相位求解的有效性。进一步采用FSI实验系统中的真实输出光频率作为仿真条件进行了仿真实验，仿真结果表明CEEMD-HT算法对干涉信号相位的求解精度以及FSI测距精度都有显著的改善。最后，通过FSI测距系统的测距实验对所提出的干涉信号相位提取方法进行验证。结果表明：在2 m自由空间测量范围内，基于CEEMD-HT算法的重复测距精度为2.79 μm，相较于EMD-HT和直接测量法分别提高了5.19倍和8.28倍。
基于二氧化钒（vanadium dioxide, VO2）的相变原理，提出了一种“树叶型”复合超构材料，能够实现带宽可调谐的半波片功能。VO2薄膜为绝缘态时，复合超构材料可以看作是空芯“树叶型”金属结构，能够实现双频带的半波片功能。在1.01~1.17 THz和1.47~1.95 THz 频带范围内能够将
为帮助纺织企业的工作人员快速、准确地从数据库中检索出与织物图像相同或相似的图像，提出了一种小波变换下基于分形编码和 Zernike 矩的织物图像检索算法。首先，利用小波变换获得低频分量，对变换后的低频子图进行分形编码，得到编码参数。然后，计算低频子图像的 Zernike 矩。将小波变换下的分形编码参数和Zernike 矩相结合作为织物图像检索的特征量。相比于单特征检索方法，该算法克服了精度低、耗时长的问题。与基本分形算法(BFIC)、联合正交分形参数和改进的 Hu 不变矩算法(HVKF)以及稀疏分形图像压缩算法(SFIC)相比，该算法确保了重建图像的质量和较低的编码时间。实验结果表明，织物图像检索的平均精度和平均召回率均高于现有的检索方法。
为了在非线性测量系统中获得更好的相位测量结果，提出了一种在几乎消除非线性影响后使用双频光栅投影的相位测量方法。首先，讨论了相位测量系统的非线性效应，分析了频域中存在高阶频谱成份的基本原因，给出了减小非线性效应并分离基频信息的基本方法。然后，在减小系统非线性效应影响的基础上，分析了使用双频光栅投影测量被测物体条纹图像的相位基本原理。为验证所提出的相位测量方法的有效性，进行了计算机仿真和实际实验，获得了良好结果。在仿真实验中，该方法的误差值为有非线性影响方法的27.97%，为几乎没有非线性影响方法的52.51%；在实际实验中，该方法的相位恢复效果最好。表明采用本文方法所测量的相位效果好，误差较小。
本文提出了一种提高被动锁模光纤激光器计算效率的方法,该方法由对称分步傅立叶方法（SSFM）和全局误差局部能量（GELE）方法组成。该方法可将与全局误差相关的局部能量增量限制在一定范围内来控制步长。该方法具有自动步长调整机制。达到同程度的计算精度，本文方法的计算时间为255 s，而小的恒定步长SSFM方法需要3855 s。这表明本文方法可以将计算效率提高10余倍。本文方法还可以通过RK4IP、Adams、预测-校正等高阶算法进行扩展，以提高精度。
非视域（Non-Line-of-Sight, NLoS）成像是近年来发展起来的一项新兴技术，其通过分析成像场景中的中介面信息来重建隐藏场景，实现了“拐弯成像”的效果，在多个领域有巨大的应用价值。本文主要针对NLoS成像重建算法进行综述性研究。考虑到目前NLoS成像分类存在交叉和非独立现象，本文基于物理成像模式和算法模型的不同特点，对其进行了独立的重新分类。根据提出的分类标准分别对传统和基于深度学习的NLoS成像重建算法进行了归纳总结，对代表性算法的发展现状进行了概述，推导了典型方法的实现原理，并对比了传统重建方法和基于深度学习的NLoS成像重建算法的重建应用结果。总结了NLoS成像目前存在的挑战和未来的发展方向。该研究对不同类型的NLoS成像进行了较为全面的梳理，对NLoS成像重建算法在内的一系列研究的进一步发展有着一定的支撑和推动作用。
光致热弹光谱是一种基于石英音叉热弹效应的新型气体检测技术，具有成本低、体积小、灵敏度高及光谱响应范围宽等优点，是目前一种重要的痕量气体检测方法。本文首先分析了基于光致热弹光谱的气体浓度测量原理，其次，从提高检测系统灵敏度的各种技术方法角度出发，介绍了近年来开发的提高石英音叉热弹光谱系统检测灵敏度的技术方法，从信号幅值、信噪比、最小检出限和归一化噪声等效吸收系数等方面，对系统的性能改进提升效果进行评估。最后，简要评述了光致热弹光谱在现场气体检测中的应用研究进展，对进一步提高检测系统灵敏度的方法进行了总结与展望。
温度、湿度、压强是3个重要的大气参数。快速、准确地了解大气的温度、湿度和压强信息及其变化趋势，对天气、气候、人工影响天气等研究有重要意义。拉曼激光雷达通过分离拉曼散射信号反演得到各种大气环境相关参数，可实现对大气参数廓线信息的高精度探测，在大气温湿压探测中独具优势与潜力。本文介绍了拉曼激光雷达对大气温度、湿度和压强的探测原理与反演方法，着重介绍了拉曼激光雷达中滤光片、标准具、光栅等常用分光器件的优缺点及其进展，以及拉曼激光雷达中涉及到的探测技术。最后例举了利用拉曼激光雷达对气象参数测量的典型应用。
随着光学成像技术的不断发展和遥感应用需求的日益增长，跨尺度高分辨率光学技术在遥感领域得到广泛应用。为了获得更多的目标细节信息，国内外研究学者在不同技术方向开展了相关研究。本文对遥感成像技术进行了总结分类，介绍了具有代表性的航天高分辨率对地光学遥感载荷技术，重点关注单体结构主镜、可展开分块拼接主镜、光学干涉主镜、光栅衍射主镜、虚拟合成孔径、光子型综合孔径成像、计算超分辨成像、编队合成孔径等成像模式，为高分辨率对地光学遥感载荷发展提供新的发展思路。
随着激光技术的飞速发展，激光在医疗领域中的应用得到了日益广泛的关注。由于其具有无接触、精度高、损伤小、便携性和操作灵活等优点，激光医疗极大地丰富了临床医疗的技术手段，在部分疾病的治疗中逐渐取代了传统方法，提升了医疗行业整体的技术水平。当前，激光医疗的市场占有率不断增加，发展前景十分广阔。本文介绍了激光医疗技术和医用激光系统的要求，重点对激光医疗在各临床科室中的应用研究现状进行了全面阐述，最后针对我国激光医疗领域存在的问题给出了建议。
周期光学系统，如光子晶体和光学超材料，可以在亚波长尺度形成高密度的电磁场能量局域，并获得极小的模式体积，在光操控领域具有巨大的应用潜力。近年来，研究人员在周期光学系统中发现一种光与物质的强相互作用，其被称为连续域束缚态。它是一类频率位于辐射连续域内但被完全局域的特殊电磁本征态，具有诸多有趣的物理特性和丰富的应用场景。本文系统性综述了周期光学系统中连续域束缚态的分类及其理论体系，并总结了其基本物理特性和最新应用发展。周期光学系统中的连续域束缚态正在为集成光学、信息光学、生物光学、拓扑光学以及非线性光学等领域注入新的发展动力。
二维(2D)半导体材料Bi2O2Se由于具有独特的晶体结构与能带结构、超高的载流子迁移率和优异的稳定性，在紫外-可见-近红外光谱区的高性能电子与光电应用领域有着广阔的前景。本文综述了Bi2O2Se的材料制备与光学表征最新研究进展：首先，介绍了2D Bi2O2Se的制备方法及生长机理，包括化学气相沉积法(CVD)、湿化学工艺、分子束外延法(MBE)和脉冲激光沉积法(PLD)等；其次，介绍了其晶体结构和电子能带结构的基本性质；接下来，通过稳态光谱的研究，可以对2D Bi2O2Se随厚度变化的带隙等物理性质进行研究；通过研究其晶体振动模式，可进一步研究2D Bi2O2Se材料的缺陷形态、温度系数与热导率；此外，超快光谱技术也可以帮助研究2D Bi2O2Se材料内部载流子的弛豫过程与输运性能；最后，简述了当前Bi2O2Se研究面临的挑战与应用的前景。
全景内窥成像技术可有效减小体内器官的观察盲区，具有缩短手术时间、降低术中出血风险、改善手术预后、缩短术后恢复时间等多种优点，在微创手术和术前检查中有重要应用价值，是近年来的研究热点。本文从原理和产品应用两个方面对全景内窥成像技术进行了梳理。首先，综述了基于二维和三维成像的各种全景内窥成像技术，阐述了它们各自的实现方式，并分析了其关键指标和性能。其次，对比分析了由全景内窥成像技术衍生出来的胶囊内窥镜、全景结直肠镜等多种不同类型的产品，并展望了全景内窥成像技术的发展趋势和应用前景。
单片集成式主振荡功率放大器（MOPA）具有体积小、功率大、光束质量高等优势，通过集成布拉格光栅，还能够实现窄线宽和动态单模，在倍频、泵浦、光通信和传感等领域具有重要应用价值，是近年来半导体光电子器件的研究热点。本文梳理了单片集成式MOPA的主流结构，包括锥形、脊型、布拉格光栅型和三段式MOPA，以各自的工作原理和性能特征为出发点，介绍其主要的研究方向，并结合它们各自面临的问题介绍最新的发展趋势。针对单片集成式MOPA中普遍存在的高功率下光束质量退化的问题，梳理了近年在外延层结构、腔面光学薄膜和电极设置等方面的优化设计，重点总结了单片集成式MOPA在提高光束质量及高功率、容线宽及高亮度方面的重要进展。围绕不同领域的应用需求，整理了具备高功率、窄线宽、高光束质量和高亮度等性能特征的单片集成式MOPA的研究进展，最后展望了单片集成式MOPA的发展趋势。
稀土掺杂的上转换发光纳米材料在信息安全、生物医学、光纤通信、显示和能源等众多领域有着巨大的应用潜力，受到了相关各领域研究人员的广泛关注。特别是近年来发展起来的具有正交激发发射特性的上转换发光纳米颗粒，其可在不同的激发条件下产生动态变化的光色输出，因而具备一系列新的特性与功能，大大地扩展了应用范围。本文综述稀土离子正交上转换发光的发展历程，系统论述了基于核壳结构的正交激发发射体系的设计原理和构建方法，介绍了其在信息存储、安全防伪、显示、传感、生物成像及治疗等领域的最新研究进展，并探讨了未来相关研究中可能面临的机遇和挑战。
传统光学成像实质上是场景强度信号在空间维度上的直接均匀采样记录与再现的过程。在此过程中，成像的分辨率与信息量不可避免地受到光学衍射极限、探测离散器采样、成像系统空间带宽积等若干物理条件制约。如何突破这些物理限制，获得分辨率更高，视场更宽广的图像信息，是该领域的永恒课题。本文概括性地介绍了分辨率、超分辨率与空间带宽积拓展的相关基础理论，核心机理及其在计算光学成像中的若干实例。通过将这些具体个案置入“计算光学成像”这个更高维度的体系框架去分析与探讨，揭示了它们大多数都可以被理解为一种可称作“空间带宽积调控”策略，即利用成像系统的可用自由度，在成像系统有限空间带宽积的限制下，以最佳方式进行编解码和传递信息的过程，或者形象地说——“戴着脚镣跳舞”。这实质上是一种在物理限制下，在“得”与“失”之间所作出的符合规律的权衡与选择。本文的结论有望为设计和探索面向各类复杂现实成像应用的新型成像机理与方法提供有益启示。
双光子显微镜在厚生物组织中依然可以保持良好的空间分辨率，这一优点使得其诞生不久就被应用于在体脑成像研究。而神经网络在时空多个维度均具有跨尺度的特点，为满足脑科学研究中在体跨尺度脑成像的需求，双光子显微镜近年来有了快速且显著的发展。本文首先介绍了双光子显微镜的工作原理，然后在成像视野、成像通量、成像深度、分辨率、微型化5个方面详细综述了双光子显微镜研究的新进展，并深入分析了跨尺度双光子在体显微成像技术的难点及未来挑战。
光学成像已成为跨尺度表征生物系统信息的主要方法之一，近年来生物样本的快速、无损且全面表征对成像系统的可解析量提出了更高的要求。数字全息通过干涉成像方式，可准确重构光波前的振幅和相位信息，具有快速、无损、三维成像等优势，在数字病理诊断、细胞无标记观察和实时监测等方面得到了广泛的研究和应用。本文首先介绍了实现高通量成像的主要方式，并分析了数字全息的优势及空间带宽变化，展示了基于希尔伯特变换的面向高通量多通道复用数字全息技术的理论框架，并介绍了基于该理论框架设计的拓展视场双通道复用数字全息显微成像系统。该系统在不牺牲空间和时间分辨率的情况下，可实现超越传统离轴全息显微镜8倍的空间带宽积。所介绍的数字全息复用技术可充分利用单幅强度图像的冗余空间带宽，可用于高通量多通道复用数字全息成像。
光学显微成像技术具有实时性、高分辨率和非侵入性等特点，其成像尺度可跨越细胞、组织乃至生命体，极大地拓展了人们对生命本质的认识边界。然而，受限于光学显微成像系统有限的空间带宽积（Space-Bandwidth Product，SBP），常规的光学显微镜难以同时兼具大视场和高分辨率，使得显微成像在大视场生物成像应用中受到较大的限制，例如，对脑神经网络以突触为单位的神经回路成像。近年来，大视场光学显微成像技术得到不断的发展，其SBP的视场相较于传统的光学显微镜有了十倍甚至百倍的提升，在保持高分辨率的基础上拓展了成像视场，从而可以满足生物医学领域重大问题的研究需求。本文介绍了近年来几种典型的大视场光学显微成像技术及其生物医学应用，并对其未来发展做了展望。
作为现代超分辨成像技术的早期组成部分，结构照明显微镜（SIM）已经发展了近20年。其近期在活细胞中实现了高达60 nm和564 Hz的最佳时空分辨率组合，但也存在一些源于内在重建过程的缺点。本文综述了SIM技术的最新进展，包括超分辨率（SR）重建算法、性能评估及SIM与其他成像技术的集成，以便为生物学家提供实用指导。
脂滴是真核细胞中必不可少的一种球形细胞器，与很多细胞生理学过程息息相关。荧光成像技术是观察研究脂滴最有力的工具之一。受光学衍射极限的限制，传统的宽场以及共聚焦显微镜所能达到的成像分辨率约为250 nm左右，这对于观测小脂滴，尤其是新生脂滴（尺寸约30~60 nm）来说是远远不够的。在这种情况下，近年来新兴的各种能够打破衍射极限的超分辨荧光显微镜（如受激发射损耗显微镜、结构光照明显微镜以及光激活定位显微镜等）逐渐吸引了科研人员的兴趣。为了得到高分辨率脂滴荧光图像，除了上述超分辨显微镜之外，还需要具有与之相匹配的高性能荧光探针。本文将简要介绍这几种超分辨显微镜的工作原理，讨论其对荧光探针光物理性质的特殊要求，并进一步系统总结脂滴超分辨成像荧光探针的研究进展。与此同时，本文将分析对比不同超分辨显微镜在脂滴荧光成像方面的优势与不足，并对其发展趋势进行展望。
单分子成像方法被广泛应用于亚细胞结构的三维空间定位。点扩散函数是分析单分子信息的重要窗口，除了能反映空间坐标外还蕴含着丰富的额外信息。本文介绍了从点扩散函数中解析空间位置、荧光波长、偶极子朝向及干涉相位等多维度单分子成像研究进展，简要地概括了目前主流定位方法，并对该技术的发展方向进行了展望。
数字病理凭借其便捷的存储、管理、浏览、传输等特点，为远程病理会诊及联合会诊带来了新契机。然而，显微镜的视场有限，在保证分辨率的前提下，无法兼顾全景成像。全景数字病理的提出弥补了这一缺陷，其在保证分辨率的同时可兼顾全景成像。但单张切片仅能实现单靶点检测，而疾病诊断需同时观测多个靶点的表达情况。近年来，多靶点全景数字病理技术发展迅速，因其在药物研发、临床科研以及基础科研等领域有巨大的应用潜力而广受关注。该系统凭借视场大、颜色多、通量高的特点，可在短时间内原位检测整张组织切片上的多种生物标记物的表达情况，借以识别组织上每个细胞表型、丰度、状态及其相互关系。本文首先梳理了数字病理、全景数字病理以及多靶点全景数字病理的发展过程，并简要介绍发展过程中技术的更新迭代，以及发展多靶点全景数字病理的重要性。然后，分别从生物样本准备、多色光学成像以及图像处理3个部分重点介绍多靶点全景数字病理。接下来，阐述了多靶点全景数字病理在肿瘤微环境与肿瘤分子分型等生物医学领域的应用情况。最后，对多靶点全景数字病理的技术优势、目前面临的挑战及其未来的发展趋势进行了总结。
冷冻电子断层扫描成像（cryo-ET）是细胞原位解析生物大分子结构的核心技术，cryo-ET的样品厚度需要小于300 nm，冷冻样品聚焦离子束减薄（FIB）是样品制备流程中的必要环节。当前，FIB存在难以迅速精确定位目标区域的问题，原位冷冻光电关联技术（cryo-CLEM）是一项新兴的技术，对原位冷冻样品分别进行冷冻光镜成像和电镜成像，结合了荧光成像的定位优势和电镜成像的分辨率优势，通过将光镜和电镜图像进行配准，指导FIB对原位冷冻样品减薄，能够极大地提高cryo-ET的样品制备效率。本文介绍了cryo-CLEM中的原位冷冻技术和光电关联成像技术的最新进展和应用情况，重点讨论了超分辨cryo-CLEM成像技术以及嵌入式cryo-CLEM技术，分析了各种方法的优缺点和适用范围，并对cryo-CLEM技术当前面临的主要限制和未来的发展方向进行了展望。
光学成像技术具备高分辨、多尺度、多维度、易集成以及低辐射等优势，在生物医学领域发挥重要的作用。在内窥镜领域，如何进行内窥图像信息的获取、处理及可视化是光学成像技术要解决的核心问题，在医学临床中获取内窥镜所观察部位的跨尺度图像有利于医师对于患者病情的诊断以及提升术中操作的精确程度。本文从跨尺度光学成像技术在内窥镜领域的应用入手，重点阐述了目前内窥镜临床中用于获取跨尺度图像的光学系统类型，包括跨尺度变焦光学系统、光纤扫描成像系统、多通道成像系统等，说明了这些跨尺度光学内窥镜系统如何获取跨尺度图像，并对跨尺度光学成像在内窥镜领域的未来发展做了展望。
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