光学系统的偏振特性会改变入射光的偏振态，从而对成像质量、探测精度等产生影响。对于望远镜、光刻物镜等光学仪器，偏振特性是决定系统性能的重要因素之一。因此，抑制光学系统偏振特性的不利影响对于实现高性能现代光学系统具有重要意义。本文总结了光学系统偏振特性影响抑制方法的研究现状，并将已有方法归纳为三类：偏振定标、偏振补偿和低偏振优化设计。接下来，介绍了上述3类方法的基本原理，并结合应用实例对各种方法进行了分类与讨论。最后，分析了三种方法的联系及其相互之间的协同应用，并对光学系统偏振特性影响抑制方法的未来发展进行了讨论与展望。

分焦平面偏振相机是一种应用广泛的集成化偏振成像系统，微偏振片阵列的像素间串扰是此类偏振成像系统特有的干扰因素，且串扰光强随入射光偏振特性的变化而改变，在目标偏振信息测量时会引入误差。本文回顾了偏振串扰模型的发展历程，将相关研究中涉及到的影响串扰的全部因素进行了归纳。以感光芯片参数和光学系统参数为系统关键因素，讨论了相机应用过程中的串扰原因-结果模型以及与时间噪声的关系，分析了串扰导致的各像素检偏参数的变化结果，重点总结了串扰的因素相关性、实验可重复性、误差随机性和参数可标定性，并对串扰模型的未来发展趋势进行了展望。

基于双光子跃迁的光学频率标准因其稳定度高、复现性好和易于小型化等显著优势，有望成为实际可用的小型化光频标。本文简要阐述了双光子跃迁的基本原理，介绍了国内外基于双光子跃迁的铷原子光频标的研究现状和进展，最后分析得出未来基于双光子跃迁的铷原子光学频率标准的发展趋势为系统小型化、性能指标提升以及集成应用与工程化。

激光通信是以光波为载体实现信息传输的通信技术，具有高速率、高带宽、小尺寸、抗干扰和保密性好等优势，具备实现空间信息网络高速传输和安全运行的关键能力。本世纪以来，国内外主要研究机构致力于研究激光通信技术在实现组网过程中所需要解决的一系列问题，包括一点对多点同时激光通信、节点内多路信号全光交换与转发、节点动态随遇接入、网络动态拓扑结构设计等关键技术，并开展了众多演示验证实验，部分研究成果已经投入应用。本文在对空间激光通信组网技术进行分析探讨的基础上，概述了国内外激光通信组网技术的发展现状，重点对卫星星座、卫星中继和航空网络等领域中激光通信组网技术的应用情况和发展现状进行了分析和总结，对国内相关研究技术方案、实验验证情况等进行了综述，最后对激光通信组网技术与应用的发展趋势进行了预测。

为了深入了解大气折射的相关进展，本文从其影响、公式发展以及修正原理等方面进行了介绍。针对大气折射的影响，本文根据研究领域涉及的波段不同，将其划分为应用于光学成像、激光传输和光电跟踪等领域的可见光到红外波段，以及应用于雷达测量和卫星探测等领域的无线电波段。这两个波段在实际处理过程中选取的计算公式是不同的。根据折射率公式的发展历史对折射率公式进行介绍，并指出了各公式的局限性。目前对于前者波段公式的最佳选择是Rüeger学者所总结的公式，而对于后者建议选择ITU-R P.453-13建议书中的无线电折射率公式。最后介绍了获取大气折射率的传统计算方法和光学测量方法。传统计算方法是基于大气模式或气象数据建立的模型，通过公式计算或模型拟合来确定特定区域的折射率。这种方法在单一环境或平均范围内具有一定的准确性。而光学测量方法不需要大气模型作为基础，更不用依赖气象参数，测量结果数据实时性高、更具路径代表性，能弥补一些传统方式的弊端，更符合未来的发展趋势。

在非厄密系统中，调节系统的增益或损耗可以使系统状态从PT对称向PT对称破缺转变，转变过程中存在一个特殊的状态转变点，使得系统本征值和本征态同时简并，该点称为奇异点。奇异点结合超构表面产生了许多有趣的光学现象：不对称传输、拓扑相位、非厄密趋肤效应等。然而引入增益的有源超构表面在实验上很难实现，因此利用系统损耗构建虚拟增益的无源超构表面成为非厄密研究的有力武器。本文将从无源非厄密超构表面奇异点的理论模型、研究进展、具体应用和实验设计4个方面进行综述，并对该领域未来的发展方向进行展望。

空间态势感知（Space Situational Awareness, SSA）数据仿真可以为空间监测设备及态势感知算法（包括空间目标检测、跟踪、识别和表征）的开发、测试和验证提供关键性数据支持，在空间态势感知能力建设中发挥重要作用。本文以天基空间态势感知光学数据仿真为研究对象，给出了SSA数据仿真的研究目的和主要研究内容，详述了SSA光学成像仿真的典型研究方法与过程。介绍了国内外相关工作的研究现状与工作进展，涵盖双目视觉传感器、激光雷达、红外传感器、可见光望远镜和恒星敏感器等不同光学传感系统的成像建模与仿真工作成果。分析了空间态势感知数据仿真研究的发展趋势，为未来SSA数据仿真研究思路与方法提供参考。

条纹结构光技术是近年来发展迅速的非接触式测量方法，为机械加工在机检测提供了新的解决方案。由于加工环境光线复杂且金属零件本身具有高反光的特性，造成结构光在机检测的精度降低。将高动态范围(High Dynamic Range，HDR)技术应用于结构光检测中，可抑制高反光的影响，实现金属零件在复杂场景的测量。本文首先介绍了结构光测量原理，总结出HDR结构光在机检测面临的难点；其次，对HDR结构光技术进行了全面综述，以机械加工在机检测为背景，对基于硬件设备的HDR技术和基于条纹算法的HDR技术分别进行了归纳分析；然后，根据在机检测的条件需求，对各类技术进行总结，并比较不同方法的优缺点和在机检测的适用性；最后，结合近年来先进制造技术和精密测量的研究热点，对潜在应用进行分析，提出技术展望。

激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是利用强脉冲激光与物质相互作用所产生的等离子体光谱来实现对物质组成元素定性和定量分析的一种新方法。在脉冲激光诱导等离子体的过程中，不同的激光参数(能量、脉宽、波长)、检测过程中的环境条件以及材料本身的特性等，对激光诱导等离子体的物理机制都有不同程度的影响，进而影响LIBS定量分析的结果。本文综述了现阶段LIBS技术中包括LIBS基本原理、激光参数区别、环境和材料特性差异所涉及的物理机制。为深入理解激光与物质相互作用、提升LIBS检测能力提供了依据。

基于多纵模振荡种子源的窄线宽光纤激光器具有光路简单、结构紧凑、可靠性高、成本低等特点，在实际工程应用以及在空间受限的载荷平台上有着显著优势，是高功率光谱合成的理想子束模块。受自脉冲效应的影响，多纵模振荡种子源的时域特性较差，导致放大过程中会产生较强的光谱展宽与受激拉曼散射效应。这限制了其输出功率的进一步提升并降低了其光谱纯度。本文首先介绍了4种常见的窄线宽种子源，并重点分析了多纵模振荡种子源中自脉冲效应产生的机理及抑制方法，对优化多纵模振荡种子源和放大器的关键技术进行了详细介绍，归纳总结了近几年的技术突破与研究成果，对未来的发展方向进行了展望分析。本文研究对基于多纵模振荡种子源的窄线宽激光器的功率提升和光谱优化提供一定思路。

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。

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了梳理和对比，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。

氮化镓基Micro-LED具备高亮度、高响应频率、低功耗等优点，是未来显示技术和可见光通信系统的理想选择，但是目前外量子效率（EQE）低下这一问题严重影响其规模化量产及进一步应用。为了突破EQE低下这一瓶颈，通过分析Micro-LED外量子效率的影响因素，得知EQE下降的主要原因包括侧壁缺陷引起的载流子损耗及非辐射复合。总结了侧壁缺陷对载流子输运及复合的影响。综述了目前常用的侧壁处理技术及修复方法，指出现有侧壁处理方法较为笼统、针对性不足且载流子与侧壁缺陷的作用机理并不十分清楚。提出应深入系统地研究侧壁缺陷种类和分布、载流子与侧壁缺陷作用机制及侧壁处理过程中的缺陷修复模式。本文为提高外量子效率、加快Micro-LED商业化量产进程提供设计思路和理论依据。

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，然而该类传统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了新的解决方案。本文针对偏振成像，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机遇。

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4f中继成像、谐振腔设计/光学傅立叶变换、近准直光束传输与其他共4种设计理念的多通放大器。介绍了每种放大器的设计方法并详尽列举了研究现状。通过对比4种类型的碟片多通放大器，发现不同种类的多通放大器各有优缺点。4f中继成像需要真空环境以避免焦点处的气体电离，因此机械装置与调试难度较大；谐振腔设计/光学傅立叶变换概念多通放大器的镜片处存在较小光斑，因此较适用于较低能量的多通放大器；近准直光束传输方法由于不需要真空环境，具备很大的发展潜力，但需要精准控制激光运转状态下的碟片面形，难度也较大。因此，从激光器设计角度来看，需要对碟片多通放大器继续进行优化设计，从而同时实现使用场景的多元化与输出能量的可持续拓展。

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，增强了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。为了更加全面地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，分析对比了不同方案的优缺点，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。

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。