电光光束偏转技术具有低功率、小型化、可控性好等优点，相比于机械式光束偏转、声光光束偏转和液晶光束偏转技术，更容易满足空间激光通信快速、稳定的现实应用需求。本文系统总结了一些应用广泛的新型电光材料（铌酸锂、锆钛酸铅镧、钽铌酸钾）在光束偏转方面的国内外研究进展，根据不同电光材料的偏转特性，从应用模式和关键指标方面分析比较了各类材料光束偏转技术的特点，展望了各类电光材料光束偏转技术在空间光通信领域的应用前景，指出了目前亟待解决的困难，为下一步的研究工作指明了方向。

本文针对一种由微环谐振腔与法布里-珀罗腔耦合构成的集成结构，开展了传输光谱特性的理论与实验研究。该结构通过在单边耦合型微环的直波导中引入光栅反射镜形成法布里-珀罗腔，在双谐振结构中实现了新颖的多腔耦合传输谱形。成功建立系统理论模型后，分析了多腔耦合传输谱形出现的条件并进行了器件参数优化。在硅基芯片上成功制备了光栅型法布里珀罗-微环耦合谐振腔器件，首次观测到与理论预测一致的多腔耦合传输谱形，包括嵌套类电磁感应透明和双法诺共振线形。实验结果表明，在3.43 dB/cm的波导损耗条件下，电磁感应透明的中心峰可实现1.40×10⁴的品质因子,双法诺共振的斜率最高可达到37.70 dB/nm。研究结果为集成光子耦合谐振系统的机理理解提供了新视角，并为实现高集成度、高性能的光子器件平台提供了可行技术路径，在高灵敏光学传感、窄带滤波及高速调制等领域具有重要的应用潜力。

为提升关节内窥镜在临床手术中的成像性能并拓展其应用前景，设计了一种兼具大视场与高分辨率、可见光与近红外宽光谱齐焦成像特性的关节内窥镜光学系统。物镜通过大光焦度负透镜压缩主光线角度、减小轴外与轴上光线的光程差；并利用光阑共轭成像在转向棱镜内形成等效虚拟光阑，以在有限口径下兼顾大视场下的通光效率与高像质。中继镜采用三级近对称结构，通过光焦度与阿贝数分配有效抑制宽光谱传像过程中的轴向色差累积，从而实现齐焦成像。公差分析表明，该系统具有良好制造与装调可实现性。实验结果验证了所设计的宽光谱关节内窥镜在95°视场角下可实现可见光与近红外波段齐焦成像，角分辨力分别为4.34 C/(°)和2.74 C/(°)。本文所设计光学系统为低成本实现高性能荧光内窥镜提供了可行方案，具备重要的应用价值。

本文构建了一种以相位调控机制为核心的超构器件通用伴随优化方法。该方法的核心在于建立了一个梯度-结构映射模型，将复数域的伴随梯度转化为物理可实现的结构更新量，从而在结构扰动与相位响应之间确立了稳定的迭代关系，最终实现对器件表面相位的逐点精确调控。其中伴随仿真始终采用单个电偶极子激励，无需针对不同设计任务重新构建伴随源；不同功能需求的差异完全可以通过结构更新映射的调整来实现，从而使该方法能够在统一仿真模型下高效处理多类型波前调控任务。在此基础上，完成了多类超构器件的数值设计验证。二维纳米柱超透镜实现了接近衍射极限的聚焦性能，衍射效率为 83.9%；基于线性相位梯度的超光栅实现了 30° 的输出偏折，+1 级衍射效率为 72.4%；设计的双焦点透镜汇聚效率达到 67.2%；全息超表面能够清晰重建中空三角形图案，对应能量集中度约为 60.3%。结果表明，所提出方法具有伴随源构建简单、计算效率高、结构类型适应性强等优势，可在统一框架下高效完成不同类型超构器件的逆向设计，为超构表面在成像、波前工程、紫外探测等领域的深入应用提供了一种可行方案。

为满足特殊环境下激光系统对轻量化结构与高能量脉冲输出的双重需求，本研究设计并实现了一种采用高温半导体激光器阵列(Laser Diode Arrays, LDAs)侧面泵浦Zigzag Nd:YAG晶体的无水冷高能脉冲激光系统。振荡光在晶体内呈现”Zigzag”路径以增加增益长度，LDAs分别对两个晶体采用轴对称式泵浦，以改善增益分布均匀性。通过隔热材料实现Nd:YAG晶体与LDAs的热隔离，并分别采用半导体制冷器（Thermoelectric Cooler, TEC）与强制风冷对Nd:YAG晶体和LDAs进行独立温控，确保热管理的稳定性与高效性。磷酸二氘钾晶体（Potassium Dideuterium Phosphate, DKDP）作为电光调Q晶体。在不使用水冷，重复频率为100 Hz（占空比为2.5%）的条件下，实现了129.2 mJ的脉冲激光输出，脉冲宽度为9.0 ns，对应的光-光转换效率为9.6%，斜效率为13.1%，输出能量稳定性优于2.26%，并在150 Hz重复频率下取得了87.6 mJ的能量输出。该激光系统为激光测距、激光照射等领域提供了一种环境适应性强、结构紧凑的新型光源解决方案。

针对热敏感基底（如环氧胶粘接结构件）在镀膜过程中的温升控制难题，本文提出一种低温电子束蒸发镀膜工艺。通过分段沉积-冷却循环的动态热管理策略，系统研究了该工艺在金属反射膜（以银膜为研究对象）的应力、附着力及光学等核心性能方面的表现，并结合环氧胶热失效阈值优化沉积流程。实验结果表明，在基片温度严格受控的条件下，该工艺使得反射膜残余应力显著降低，界面附着力满足国家标准中最严苛的03严酷等级；在可见光波段，其平均反射率与传统连续镀膜工艺相当（>99%@450~900 nm），且基片温升始终低于环氧胶临界阈值。通过离子辅助沉积与介质层封装协同作用，银膜抗氧化性与环境耐受性显著提升，满足航天光学器件在极端多物理场耦合环境下的长寿命服役要求。进一步理论分析表明，该工艺的热弛豫机制与结构调控原理具备跨场景适用性，为低温敏感基材的高性能镀膜提供了兼顾航天可靠性及工业普适性的创新解决方案。

本文提出了基于L波段激光差频的连续精调谐太赫兹辐射源。设计了一种全保偏光纤链路，包括保偏隔离器、保偏耦合器和保偏掺铒光纤放大器，以保持两束光之间的偏振态一致。利用L波段双激光差频激发InGaAs高性能光电导天线，在1568.8~1589.6 nm波长范围内产生0.1~2.7 THz连续太赫兹辐射。使用高莱盒探测器和太赫兹扫描法布里-珀罗干涉仪对太赫兹波分别进行功率及频率测试。结果表明，太赫兹波在25分钟内的功率不稳定度在4%以内， 0.5 THz、1 THz处的频率测量结果与L波段双激光的间隔频率高度一致。此外，在0.9~1 THz范围内，实现了1 GHz的高精度调谐，对应0.008 nm的波长间隔。该连续精调谐太赫兹辐射源在高精度光谱检测等领域具有较高的应用潜力。

多层介质薄膜结构会调制光场，因此在研究激光诱导损伤特性时，有必要考虑薄膜体系内部的能量分布以及由此引起的材料光学性质变化。以 HfO₂/SiO₂多层介质薄膜结构为例，基于激光诱导电离/电子倍增过程，在光场计算中引入Drude模型，将膜层折射率由静态常数扩展为由自由电子密度驱动的动态复折射率。在此基础上耦合热传导（及热应力）模型，计算纳秒脉冲激光作用下薄膜内部的热效应演化，并求得相应的损伤阈值为13.65 J/cm²，同时开展实验研究其损伤特性。可观察到HfO₂/SiO₂多层介质薄膜的损伤形貌为圆孔状，属于典型的热熔融型损伤，测得的损伤阈值为13.75 J/cm²，略高于理论分析结果，与理论模型结论吻合。本文建立的改进模型有助于从理论层面进一步分析强激光与多层介质薄膜的相互作用，并更好地研究光学薄膜的抗损伤能力。

单光子探测器灵敏度高、抗干扰能力强，常与传统PPM调制技术相结合进行远距离激光通信，但通信速率较低。针对PPM调制速率受限问题，提出一种基于单光子探测器的宽带可重构脉冲采样数据传输方案，并基于该调制方式设计了一套自适应脉宽算法，以实现对单光子探测器数据的最优脉宽选取。发射端使用FPGA GTX高速收发器与实时串口发收改进了发射码型，接收端设计了误码率(BER)监测与自适应算法模块。对信道实际场景中的影响进行了链路仿真与自适应仿真，并搭建了1550 nm的单光子探测器实验系统进行验证。实验结果表明，该调制方式可以实现kbps-Mbps速率的单光子激光通信，并基于雪崩光电二极管(APD)初步验证了Gbps量级速率通信的可行性。在kbps、Mbps速率量级下，相比于默认脉宽，采用自适应脉宽调制算法使通信误码率分别降低了1、2个数量级。相较于传统单光子激光通信系统，该调制方式可以实现kbps-Gbps宽速域调节和kbps-Mbps速率下最优脉宽选取，为不同技术路线的单光子探测设备提供了一种新的解决方法。

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在实际使用中表面常覆盖涂层，为实现CFRP表面涂层的无损去除，提高CFRP回收利用率，本文利用红外高重频脉冲激光器在不同离焦距离下对CFRP表面涂层的清洗效果和机制进行研究。首先，在离焦距离为40 mm时，调控功率和扫描速度对CFRP表面涂层进行清洗，并观察清洗效果，得到优化后的工艺参数。在此基础上改变离焦距离再对涂层进行处理。最后，对清洗后样品进行表面形貌、元素成分以及接触角测试分析，得到不同离焦距离下的清洗效果、接触角变化规律和清洗工艺。结果表明，随着离焦距离的增大，清洗过程由气化向热积累效应转化，适当的热量积累有助于涂层和树脂的完全去除。当功率、扫描速度和离焦距离分别为25 W、720 mm/s和40 mm时，可以在不损伤碳纤维性能且能有效改善基材表面润湿性的情况下完全去除涂层。

为提高系统透过率，高精密成像光学系统表面常需镀制多层膜。然而在短波段光学系统中，多层膜不仅改变表面透过率，还会引入显著的相位效应和横向位移，从而导致系统产生额外的波像差。本文针对短波段小入射角系统，系统分析了多层膜对全视场成像质量的影响。首先，利用膜层断点追迹算法，将膜层效应与光线追迹过程相结合，比较了可见光、红外及极紫外（EUV）波段系统的膜层引起的波像差。然后，以数值孔径为0.25的六反EUV投影系统为例，分析了均匀的40层Mo/Si多层膜引入的波前变化。在此基础上，提出一种基于Gram–Schmidt正交化（GSO）的EUV系统波前全视场分析方法，对弧形视场下的Zernike像差分布进行分析。结果表明，膜层引起的波像差在长波段系统中确实可忽略，而在短波段系统中则十分显著；膜层对EUV引入明显的倾斜和离焦，使得波前RMS由0.016λ增至0.842λ；全视场分析表明，膜层引入了0.727λ全视场倾斜和0.034λ视场无关的离焦，倾斜主要引起平移、倍率和低阶畸变等视场相关波前变化。研究表明，膜层引起EUV系统剧烈的像面变形，应在设计阶段将膜层影响纳入考虑范围。

调幅扫频激光测距是一种通过确定同相频率以实现待测距离求解的测距方法，具备高测量精度及低系统复杂度。针对含同相频率信息采样波形的信噪比不佳、同相频率求解准确度受限等问题，提出基于奇异谱分析结合局部抛物线拟合(SSA-LPF)的鉴频方法。首先介绍调幅扫频激光测距的原理，接着分析其测距精度与同相频率求解准确度的关系。仿真对比相同采样波形经SSA法滤波后摇摆法、抛物线拟合、三阶及四阶拟合最小二乘法对同相频率求解准确性的差异，结果显示采用抛物线拟合法求解同相频率精度相较于摇摆法平均绝对偏差提升95.7%，相较于其他最小二乘拟合法提升65.6%。搭建测距系统进行实测分析，实验结果表明，SSA-LPF法在不同距离及不同扫频步长下测距均方差优于30 μm。以上结果表明调幅扫频激光测距采用SSA-LPF鉴频法可以在提升测距效率的同时保障测距精度。

本研究提出并构建了一种基于微流控技术的CdSe量子点“合成-表面配体修饰”一体化新策略，旨在实现对量子点发光性质的精准、高效调控，以满足显示、成像及光学传感等领域对量子点光学特性的特定需求。首先构建了适用于量子点材料合成的微流控平台，通过高通量精准控制多种反应条件实现高效合成，系统探究了反应温度、时间及前体配比对CdSe量子点生长过程及其发光性能的影响规律。得益于微流控合成的高效传质与传热，反应时间从传统配体修饰方法的1小时，高效缩短至5分钟。在此基础上，针对功能化配体修饰过程中量子点发光特性（如发光颜色、半峰宽等）易发生偏移的问题，本研究首次在微流控系统中引入油酸（OA）作为表面修饰配体，通过配体的高效稳定锚定，使量子点发光效率提升3倍，有效地抑制了量子点的再生长与团聚行为，显著保持了量子点发光波长和半峰宽的稳定性。本研究创新性使用的微流控技术，不仅为量子点尺寸与发光颜色的精准调控提供了可重复、可放大的平台技术，还实现了量子点发光效率与稳定性的协同优化，为量子点材料在发光显示、量子光源等领域的实际应用奠定了坚实的技术基础。

针对单光子深度成像中探测器受散粒噪声和背景噪声的干扰，以及无人机在飞行过程中姿态变化带来的单轴图像偏差问题，在经典的SPIRAL-TAP重建框架基础上，提出了一种融合多尺度图像特征与自适应阈值筛选的新型深度图重建方法，旨在提升深度图像在低信号背景噪声比（SBR）或高信号背景噪声比下的重建质量。该方法首先通过多尺度梯度与局部方差计算生成图像加权矩阵，以刻画图像纹理复杂度；随后结合基于 ROM（Rough Order Map）估计的尺度因子对阈值进行动态调整，以增强噪声鲁棒性；在阈值筛选阶段，提出自适应阈值策略，将尺度平滑与加权矩阵软调融合，限制阈值范围，使筛选更加稳定可靠。实验结果表明，在多种SBR和光子强度条件下，并考虑到无人机单轴姿态偏差影响下，本文方法均优于传统SPIRAL-TAP算法，具有更低的RMSE误差和更好的重建质量。在倾斜角为10°和15°时RMSE分别由0.32降至0.14和从0.43降至0.21。本文方法为无人机载单光子深度图像重建提供了有效的新思路，未来可用在机载高速单光子成像系统中。

针对高性能光学系统存在的结构复杂、成本高昂的问题，本研究提出了一种面向计算校正的光学系统简化与像差校正方法。在光学设计端，构建基于像差可校正性分析的光学系统简化设计准则：优先抑制神经网络难以补偿的像差，保留易于计算校正的部分，从而在保证成像质量的前提下简化光学系统结构。在计算处理端，设计了一个包含畸变校正、色差补偿、基于物理约束点扩散函数的单色像差校正和频域增强四个模块的多模块分阶段协同校正网络。该网络由时间阶段控制器（Temporal Stage Controller，TSC）驱动，利用其动态权重调度机制进行渐进式分阶段处理，有效抑制不同像差类型相互干扰的问题。实验结果表明，简易双透镜系统经过该网络校正后的图像峰值信噪比达到31.47 dB，结构相似性达到0.95，成像质量与传统六透镜双高斯系统相当，而光学系统复杂度显著降低。消融实验验证了TSC与多模块校正架构的有效性。该研究为简化光学系统实现高质量成像提供了新的技术路径。

针对Micro LED缺陷检测中可见光（RGB）与光致发光（Photoluminescence, PL）图像因模态差异较大而难以实现高精度配准的难题，本研究致力于开发一种具备亚像素级精度和高鲁棒性的多模态图像配准方法，从而建立芯片物理结构与电学性能之间的映射关系。提出了一种结合结构特征约束与双向残差优化的配准方法。首先，基于Micro LED规则阵列的几何特性，设计了差异化的特征检测策略：在RGB图像中，通过椭圆拟合和基于密度的空间聚类算法（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise, DBSCAN）精确提取电极中心；而在PL图像中，则采用改进的分水岭算法结合亚像素精修技术来定位芯片中心。其次，在配准优化阶段构建了双向残差约束框架，并引入基于残差分布的置信度加权机制，通过迭代重加权最小二乘法求解最优仿射变换参数。实验结果表明，本方法的平均绝对误差（Mean Absolute Error, MAE）为0.823像素，达到了亚像素级精度；与基线方法相比，MAE显著降低了94.2%。同时，均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）为0.996像素，最大误差（Max Error）控制在2.839像素以内，内点率达到75.0%，单次配准平均耗时仅为0.036秒，与互信息（Mutual Information, MI）等传统方法相比，运行效率实现了数量级提升。基于上述策略，本方法有效克服了多模态图像中的特征失配和异常点干扰问题，在配准精度、鲁棒性和效率方面均优于传统方法，为Micro LED芯片的精确缺陷检测与多模态分析提供了可靠的技术基础。

为研究硅PIN光电二极管（简称PIN管）在氙灯辐照下的性能退化规律和损伤机理，本研究定义了PIN管的探测能力，搭建了50 kW氙灯损伤实验平台，以S5106型PIN管为对象，通过实时监测其输出光电流和表面温度的变化，探究了PIN管损伤时探测能力退化的影响因素和损伤阈值特性。基于一维热扩散理论建立了PIN管的损伤阈值模型，通过与实验阈值结果进行对比，验证了模型的准确性。根据探测能力是否可恢复，将PIN管损伤分为软损伤和硬损伤。软损伤时探测能力与辐照时间、表面温度均呈非线性负相关关系；硬损伤时辐照度阈值与辐照时间的平方根成反比，与损伤阈值模型一致，其损伤阈值对应的最小辐照度约为6.6 W/cm²（对应辐照时间约为382 s），此时表面温度范围为(385.77±4.16) °C。理论分析表明，软损伤源于热效应导致的载流子迁移率下降及漏电流增大，硬损伤源于热效应导致的光学窗口硅橡胶熔融开裂与PN结热失效。本研究明确了PIN管软损伤和硬损伤的影响因素及规律，并确定了其硬损伤阈值，为宽谱强光探测场景下PIN管的性能评估与防护设计提供了量化依据。

光谱成像、片上通信及多功能集成光子学的快速发展，正推动光学系统向小型化与高度集成化方向演进，并对紧凑平台上多波段光束的独立空间调控提出了迫切需求。然而，传统多波段调控方案通常依赖多片器件或复杂光路，结构笨重且易产生跨波段串扰，限制了系统的集成度与可扩展性。针对这一挑战，本文提出了一种基于双波段双梯度相位协同构建的单层全介质超表面设计策略，可在单层结构中实现不同波段波前调控功能的方向解耦。为验证该策略的有效性，选取硅（Si）与二氧化硅（SiO₂）构建超表面，并以800 nm与1150 nm两个波段为示例验证策略。所构建的超表面单元可在各自工作波段实现完整的0~2π高效相位覆盖，通过梯度相位实现各自波段的定向偏折。将两类单元以旋转交错90°的方式排列形成复合周期结构，使双波段相位分布在同一平面内共存且互不干扰。结果表明，垂直入射条件下，器件将800 nm波段的透射光束相对于入射法线在一个横向方向偏折约14°，而对于1150 nm波段的透射光束，则在与其正交的另一横向方向偏折约24°，从而实现空间通道的清晰分离与独立调控。同时，器件保持偏振无关性与稳定波前控制，验证了双波段空间正交调控性能的可靠性。该设计策略为实现高集成度、多波段且具空间正交调控能力的片上光子器件提供了一种紧凑、高效且具有普适性的技术路径，在光谱成像、双波段通信及集成光子学系统中具有广泛的应用潜力。

针对远距离暗弱目标探测中红外系统热辐射噪声抑制的关键技术难题，本文设计了一种复合探测系统并提出热辐射制冷抑制优化方案。通过R-C光学结构与分色镜-次镜中空设计，实现长波红外与激光双波段共口径探测。为解决热辐射噪声问题，结合普朗克公式与非序列光线追迹，分析230 K~320 K温度区间的热辐射特性，并建立结合噪声项的改进式探测距离模型。通过动态规划算法优化制冷策略，确定主镜/折转镜遮光罩制冷至220 K的最优方案。结果表明300 K环境下的探测距离从300 km提升至430 km，230 K~320 K环境下探测距离始终大于400 km。本研究提出的双波段复合探测方案与分区制冷方法，为远距离暗弱目标探测及冷光学设计提供了参考。

光学图像处理具有运算速度快、可并行操作等优势。本研究设计了一种单层超表面结构，用于实现图像光学成像与边缘检测功能。该双功能图像处理无需借助4f系统，仅通过改变入射圆偏振光的手性即可实现切换。所设计的超表面由硅纳米柱构成，优化后的硅纳米柱可等效为透过率达87%的半波片。仿真与实验结果验证了超表面的性能表现。这种集成式光学超表面不仅简化了图像处理系统，更为超表面在并行图像处理与光学集成领域的应用开辟了新路径。

针对目前先进制造设备对于高精度平面位移测量的需求，本文提出了一种xz双轴光栅干涉仪，通过偏置分束镜配合直角棱镜反射镜搭建双侧Littrow入射光路结构。分析了出射光束平行性、光束间距与入射光位置、角度之间的关系。实验验证了所提干涉仪的可行性和测量性能，光栅干涉仪在x轴和z轴上分别实现4 nm、7 nm的位移分辨率，经海德曼算法修正后，将周期非线性误差抑制至±5 nm以内。10 mm行程范围内，x轴和z轴分别获得±30 nm和±100 nm的测量精度。最后讨论了由于非共点入射结构所引入的面型误差对测量结果的影响。

本研究探讨了旋转对称幂指数涡旋光束（RSPEPVBs）在生物组织中的传输特性。根据广义惠更斯-菲涅耳原理，建立了描述RSPEPVBs在生物组织中传输的一般表达式。通过数值模拟，研究了传播距离z、幂指数n、波长$ \lambda $和束腰宽度w对光强、光束宽度和光束发散角的影响。研究结果表明，增加传播距离和波长会导致更大的光束扩散和光束宽度增大。相反，较高的幂指数会使光强向中心集中，并减缓光束宽度的扩展。此外，较长的波长和较小的束腰宽度会导致更大的光束发散角。分析了相干涡旋和强度峰值位置随传播距离增加的演变情况，结果显示它们逐渐从光束中心向外偏移，并伴随着角度偏差和位置变化。特别是当拓扑荷l ≥ 4时，峰值点的位置在传输过程中会发生跃变。作为一种高阶模式光束，RSPEPVB在生物组织中的传输表现出多样性和可控性，为生物医学领域的微操作技术开辟了新的可能性。

将可见光集成光学器件的工作波段扩展至全可见光谱段具有重要意义，它可以增强微型光谱仪的检测精度与适用性、拓宽可见光通信的带宽、使生物传感器能够同时检测复杂样品中的多种生物分子等。波导是集成光学器件的核心基础元件，然而目前对全可见光波导的研究并不完善。本文提出了一种支持全可见光谱段（435−760 nm）的波导设计，使用数值仿真方法分析了不同波导结构的传输特性，发现波导内无法实现整个可见光谱的单模传输。在多模传输条件下，通过分析波导中传播损耗与模式分布，确定了可实现低损耗传输的最佳波导尺寸、弯曲半径与波导间距等参数。对于平板波导，厚度≥1 μm可确保偏振不敏感；对于厚度为1 μm的条形波导，宽度≥2 μm可显著降低由侧壁粗糙度引起的散射损耗；对于宽1 μm、厚2 μm的条形波导，弯曲半径≥10 μm，波导间距≥0.4 μm时，辐射损耗可以忽略，且光不会耦合到相邻波导。此外，评估了制备公差对波导性能的影响。与之前主要关注可见光谱内窄波段的研究不同，本工作中提出的设计能够在单个波导中传输全可见光谱，从而促进片上全可见光谱器件的带宽扩展和性能增强。

为实现光纤结构参数的全面、高效及多目标精确优化，并进一步提升光通信系统的传输容量，本文引入粒子群优化算法（PSO）代替传统经验设计或局部扫描方法，设计一种基于沟槽辅助结构的同质弱耦合七芯光纤。在建立一个包含色散、截止波长、有效模场面积和涂层损耗等约束条件的多目标适应度函数的基础上，利用粒子群优化算法进行全局搜索，在标准尺寸约束下精确确定光纤的最佳结构参数。仿真结果表明：在光纤纤芯间距为45 μm时，优化后的光纤在1550 nm波长处实现了低于−90 dB/km的超低芯间串扰，有效解决了多芯光纤中串扰抑制与空间利用率之间的冲突，证明了粒子群算法在复杂光纤结构设计中的高效性与可靠性，为超大容量光纤通信系统的研发与制造提供了重要的理论依据和技术支持。

彩色编码条纹图案已成为实现条纹投影轮廓术实时三维形貌测量的重要方法。然而，彩色相机中的色彩串扰现象仍然是限制测量精度的主要因素。针对这一问题，本文提出了一种精确的色彩串扰系数标定方法，以实现有效的色彩串扰校正。首先，设计了一种基于正交相位条纹的串扰系数估计器，从理论上推导了色彩串扰系数与相位误差的关系。同时，将设计的彩色正交条纹图案投影至标准平面靶标，实现R、G、B的彩色通道分离图案。最后，基于粒子群优化算法拟合通道串扰相位误差，从而实现高精度色彩串扰系数标定。基于标准双球球板的测量实验验证，两个球体的直径拟合误差分别为0.0191 mm和0.0160 mm，球心间距的计算误差低至0.0120 mm，证明该方法能够有效提高彩色相机在条纹投影技术中的测量精度和适用性。

在涡旋光束的实际应用中，拓扑荷的高精度检测具有重要意义。针对现有拓扑荷检测方法存在分辨率低、难以同时判别整数阶与分数阶拓扑荷的问题，本文从理论上提出了一种基于设计超表面的拓扑荷双重判别方法，并通过数值模拟进行验证。该超表面产生的内外衍射图样可分别用于判别拓扑荷的数值与符号，且所提方法的检测精度可达0.05。理论分析与仿真结果充分验证了该方法的有效性。该方法采用平面结构设计，无需额外光学元件，无需数据处理，检测精度高。此项工作有助于推动拓扑荷检测技术的发展及光学涡旋的实际应用。