针对液晶可变相位延迟器（LCVR）入射角变化引起的偏振测量精度下降问题，本文探讨了液晶可变相位延迟器的相位延迟特性，重点分析了不同入射角对相位延迟量的影响。在垂直入射LCVR的延迟量标定基础上，推导了LCVR在不同入射角度和不同驱动电压下的相位延迟标定方程，建立相位延迟量与二维入射角（方位角α和俯仰角β）之间的关系。实验在α = 20° β = 0°，α = 0° β = 20°，及任意角度α = 15° β = 5°三种情况进行验证，结果表明，相位延迟量理论计算值与实验测量值之间的最大平均误差不超过0.059 rad，所提标定方法准确可行。本文所提方法为LCVR在偏振成像等光学应用中的参数标定及性能提升提供了有力的支撑。

针对现有光子晶体光纤表面等离子体共振（PCF-SPR）传感器存在的金属薄膜涂覆工艺复杂、单参数检测集成度低等问题，本文提出一种基于金纳米线集成偏置芯PCF-SPR的双参数传感器。该传感器突破传统孔内镀膜或金属薄膜结构，通过化学气相沉积（CVD）将金纳米线直接附着于光纤包层，避免了镀膜不均问题并显著简化制备工艺。通过优化非对称偏置芯光纤结构并利用金纳米线的强局域场增强效应，该传感器在双偏振模式下实现了温度（25~60 °C）与折射率（1.31~1.40）的高灵敏度同步检测。仿真实验表明：x偏振模式可实现1.31~1.40折射率检测，最大波长灵敏度与振幅灵敏度分别达14800 nm/RIU和−1724.25 RIU⁻¹，最高折射率分辨率为6.75×10⁻⁶ RIU；y偏振模式折射率检测范围达1.34~1.40，最大波长灵敏度与振幅灵敏度分别为28400 nm/RIU和−1298.93 RIU-1，最高折射率分辨率为3.52×10⁻⁶ RIU。在25~60 °C温度传感中，传感器表现出7.8 nm/°C的波长灵敏度与1.38×10⁻⁶ °C的高分辨率。该设计通过金纳米线与偏置芯结构的协同作用，在简化制备工艺的同时实现了多参数检测，为生化监测、环境传感等领域的集成化应用提供了新思路。

基于氮化铝的深紫外激光二极管通常使用电子阻挡层来防止电子泄漏到 p 型区。然而，电子阻挡层也会阻碍空穴注入有源区，导致激光效率降低。为了解决这个问题，我们建议在最后一个量子势垒之后使用未掺杂的薄 Al_0.8Ga_0.2N 条状结构来代替电子阻挡层。研究结果表明，与使用 电子阻挡层 的传统激光设计相比，1 nm Al_0.8Ga_0.2N 带状层可以通过增加有效势垒高度来有效抑制电子泄漏并增强空穴注入。有源区的载流子浓度和量子阱的重组效率提高，进而增加了激光器的输出功率。

标准菌悬液在微生物诊断中具有重要意义。传统制备方法依赖人工操作，存在重复性差、效率低及生物安全隐患等问题。本研究提出一种融合大视野成像与人工智能技术的高精度自动化菌落提取分选系统，实现菌落智能筛查与定位。首先，开发了大视野成像系统，可采集90 mm培养皿高分辨图像，物理分辨率达13.2 μm，成像速度为13帧/秒；其次，应用人工智能技术实现菌落自动识别与定位，支持筛选直径1.9−2.3 mm的目标菌落；接着设计三轴运动控制平台，配合路径规划算法实现菌落高效提取，采用电动移液器进行精准菌落采集；同时开发菌悬液浓度测量模块，以650 nm激光二极管为光源，实现0.01麦氏浓度(MCF)的测量精度。最终通过大肠杆菌悬液制备验证系统性能：经17小时培养后分4次提取大肠杆菌，达到系统设定目标浓度。该工作有望实现微生物样本的快速精准制备，显著缩短检测周期，减轻医务人员工作负担。

滤光片作为光电探测系统中的关键部件，能够简化光学系统并提高探测效率。根据使用需求，需要设计并制备出一种多达5个波段的可见/近红外滤光膜，同时满足2个波段高反射和3个波段高透过的要求。因此，本文对膜系设计、薄膜制备工艺以及膜层厚度的控制精度进行了系统研究。在本工作中，将短波通膜系与长波通膜系进行叠加，并调整膜系的周期数和匹配系数，以满足截止波段的要求。此外，运用Smith方法对带通膜系进行优化透过波段，从而完成可见/近红外多波段激光滤光膜的设计。在制备过程中，结合膜层的灵敏度，通过反演分析对各光学监控片所监控的膜层。对监控过程中光信号较弱的光学监控方案进行模拟和修正，并匹配光信号较强的监控波长，进而提高了膜层厚度的控制精度以及在指定波长范围内的透过率。最终，制备的滤光膜实际物理厚度为9.66微米，与理论设计厚度的误差小于0.4%，且3个透过波段的透过率均超过99%。在455~500 nm和910~1000 nm波段的平均透过率分别为0.45%和0.16%。

双波长像面数字全息术用于实现远距离形貌测量，未来有望应用于实验先进超导托卡马克（EAST）偏滤器表面测量。照明与成像光束共路的设计适用于托卡马克装置的上部诊断通道。通过选择波长间隔为1.02 nm的两个波长，系统测量范围扩展到276.87 μm，可测量高度变化138.44 μm的表面。实验结果表明，系统对标称80 μm的台阶测量误差为7.00％，最小可测高度变化10 μm表面，对系统远距离的测量能力进行了验证，并对托卡马克装置拆除的偏滤器进行离线测量。上述结果证实，该系统有望用于偏滤器的形貌测量。

目的：为降低激光制导导引头的失调角误差，在光学设计方面优化能量信号质量。方法：基于像差理论结合光学设计软件的计算功能获得设计起点；分别从光学结构形式和像差平衡优化角度入手对光学系统逐步迭代设计。通过控制像方远心增强光斑的对称性以提高测角精度；通过对光学塑料材料的性能分析，论证了采用光学塑料制造导引头光学结构的可行性。结果：最终完成焦距为71.6 mm，F/#为1的光学系统设计，边缘视场主光线远心度小于6 mrad；在工作温度范围内，光斑尺寸的稳定性优于0.4%；全视场最大畸变小于0.5%，在±2°视场范围内的光斑线性度与能量响应一致性均能满足精确制导要求。结论：基于最小初阶像差的结构设计思路可以用于折反系统的优化，该方法可为同类导引头光学结构设计提供借鉴。

时域扩散光学成像（time domain diffuse optical imaging, TD-DOI）作为一种先进的组织光学成像技术，通过时间相关单光子计数(time-correlated single photon counting, TCSPC)系统可实现生物组织吸收系数与散射系数的定量重建，从而精确评估组织氧代谢、血流灌注等关键生理参数。然而，受限于TCSPC系统固有的硬件复杂性、高成本特性，目前难以实现临床场景下在体多通道动态监测的规模化应用需求。本文发展了一种双通道差分混合触发参考信号策略，通过结合差分时间数字转换（time-to-digital converter, TDC）器件和光子计数技术，构建稳定可靠的时间扩展曲线（time point spread function, TPSF）测量体系，实现了激光同步信号与出射光子信号时间延迟的亚纳秒级精确标定。实验验证数据显示，所发展系统时间分辨率为55 ps，在2.3×10⁴ 光子/s计数率条件下，TPSF波动系数可稳定控制在1.35%以内（积分时间1 s）。针对组织仿体的光学参数反演测试表明，组织光学参数反演精度方面，吸收系数与约化散射系数的平均反演误差分别在5.39%和4.34%以内。该技术方案显著提升了TD-DOI多通道并行检测可行性，特别适用于脑皮层血氧饱和度动态监测等生物医学场景，为开发新一代穿戴式光学脑功能成像设备奠定了技术基础。

随着中长红外高光谱成像技术的突破性进展，军用高光谱成像系统凭借其独特的特征识别能力和隐蔽侦察优势，在现代战场态势感知领域展现出了显著的战略价值，例如实时目标识别、反伪装侦察及全球军事目标动态监控。本研究面向航空探测应用需求，基于320×240像素双色制冷型红外探测器，设计了一种工作于中波红外（3.7~4.8 μm）和长波红外（7.7~9.5 μm）的双波段Offner型光谱成像系统。该系统采用折射与折反射混合光学结构，实现了32 mm、200 mm、800 mm三视场切换式变焦功能。光学系统采用Offner分光结构，有效抑制了系统初级像差；其次，通过引入二次成像中继系统，实现了100%冷光阑匹配，有效降低了冷反射效应。实验测试表明，该系统在各波段及不同焦距状态下均表现出优异的成像性能：在特征频率17 lp/mm处，调制传递函数接近衍射极限，且温度变化对成像质量变化影响不大；光学像质满足指标设计。该光学系统兼具宽光谱响应、大变倍比（25×）和快速视场切换等特点。光谱分辨率达到25 nm，其成像质量与光谱分辨能力满足航空光电侦察的技术需求，在军事侦察、安防监控及环境监测等领域具有重要的应用价值。

车载激光雷达受杂散光干扰会导致信噪比降低和探测效率下降。因此，本文提出了一种基于光谱功率密度函数和总积分散射的表面散射建模方法，拟合了不同材料表面的双向反射分布函数（BRDF）。模型计算结果与实测BRDF数据高度吻合，验证了该方法的有效性。基于此模型，本文系统分析了车载激光雷达长焦接收镜头的杂散光来源及传播路径，包括机盒内壁、镜片边缘、隔圈表面散射等。根据仿真结果，本文提出了多项杂光抑制措施，如采用低散射材料结构件、镜片表面镀增透膜、透镜非工作区涂覆消光油墨等，并且从光学设计、信号处理及工程优化等多维度评估了该激光雷达接收光学系统的杂光抑制水平。实验结果显示，优化后系统杂散辐射水平显著降低：成像视场外的点源透过率（PST）从1e+0降至1e-5，视场内PST从1e+2降至1e-1，杂散光与目标信号对比度控制在10e-4以下。此外，探测回波信号强度提升显著，有效提高了激光雷达的探测性能。本研究为车载激光雷达的杂散光抑制提供了理论模型和实用解决方案，对高灵敏度光学系统的设计与优化具有一定的参考价值。

针对轻量化AR眼镜对搭载摄像头的大视场与高紧凑性的需求，本文提出了结合弯曲像面的设计方法。首先，由高斯光学理论对弯曲像面成像系统进行理论分析，推导各光学系统Petzval像面曲率特性，并通过双系统仿真对比，重点分析弯曲像面的性能优势。然后，采用分段多目标优化策略，设计了一款大视场紧凑性的光学系统。最后，对光学系统进行像质评价和公差分析。该光学系统由5片非球面塑料透镜和一片后置滤光片组成，系统焦距为3.1 mm，视场角可达80°，系统总长仅4.07 mm。设计结果表明：在223 lp/mm处，各视场的调制传递函数均优于0.32，全视场最大RMS光斑半径为2.41 μm，最大畸变为2.5%，相对照度均优于45%。研究成果可为曲面传感器的应用奠定基础，并为大视场紧凑型镜头的设计提供技术参考。

为了模拟真实工作场景下激光对可见光成像系统损伤效应，将滤光片和背照式CMOS探测器共同构成探测器组件作为靶材，探讨两种不同波长的纳秒脉冲激光对探测器组件的损伤效应。首先，通过实验的方式获得532 nm及1064 nm纳秒脉冲激光对CMOS组件的典型损伤效应数据。然后，利用有限元仿真方法建立激光与探测器相互作用的模型，以解决实验中无法实时观测探测器内部的温度与应力变化和分布的问题，在获得损伤效应数据的同时将传统实验难以观察的温度/应力集中现象“可视化”，提供可靠的参考阈值数据。通过仿真及实验研究表明损伤机理为热-力联合损伤，并得了如下的损伤阈值，532 nm波段下各阶段损伤阈值为30.06 mJ/cm²、38.93 mJ/cm²、56.20 mJ/cm²和102.17 mJ/cm²，1064 nm波段下为38.62 mJ/cm²、50.09 mJ/cm²、116.31 mJ/cm²和137.73 mJ/cm²。

在科研项目研发过程中发现经典光学文献上的洛匈棱镜（Rochon Prism）的分束角公式（是针对负晶体）是错误的，为此推导了准确的洛匈棱镜分束角表达式（分布针对负晶体、正晶体），并解决了科研项目中包含洛匈棱镜的光学系统设计错误问题。针对一般洛匈棱镜产品的输出2束光的夹角较小的问题，分析推导了分别由负晶体、正晶体构成洛匈棱镜的分束角表达式，另外对由异种晶体材料构成洛匈棱镜的分束角进行了分析以及推导出表达式。通过用实际数据计算和比较知道，由异种晶体材料构成洛匈棱镜的分束角比由同种晶体材料构成洛匈棱镜的分束角有很大的提高。对于在紫外波段的应用，具体给出一种由异种晶体材料构成洛匈棱镜的较大分束角的设计实例。这种由异种晶体材料构成洛匈棱镜，按照合适的晶体排列顺序，可以在合理的晶体厚度的限制下获得相对较大的分束角度，这显然是有利于偏振仪器设备的结构设计。

本文针对里德堡微波测量领域对1018 nm单频种子源迫切需求，研制了一种线宽为810 Hz、相对强度噪声低于−140 dB/Hz的宽调谐1018 nm单频光纤激光器。该激光器基于分布式布拉格反射（DBR）结构，使用8毫米长的掺镱光纤，激光器配有高稳定的主动温控系统以及压电陶瓷（PZT）快速频率调谐装置。温度控制范围为10 °C至80 °C，在25 °C控温2小时内DBR谐振腔的温度波动仅±0.0005 °C。经实验测试，激光器25 °C温度下保持单纵模输出，线宽为810 Hz，温度调谐范围超过0.9 nm，PZT快速调谐范围高达10 GHz，在调谐过程中不会出现跳模现象。单频激光在1 kHz低频段的相对强度噪声为−150 dB/Hz，当频率大于1.5 MHz时的相对强度噪声低于−140 dB/Hz。该结果表明激光器输出低噪声的同时实现了宽调谐。

折反式空间相机广泛应用于空间探测领域，但温度变化将会导致成像质量下降。针对该问题，本文对折反式空间相机进行了宽温度范围的无热化设计。首先对相关的光学元件、机械结构等部件进行了温度影响分析，并总结消热差的便捷方法。接着以工作在400 nm~1000 nm波段，焦距为525 mm，F数为3.5的空间相机为设计对象，通过选择合适的反射镜基底材料和支撑结构材料，只使用熔融石英一种透镜材料校正像差，从而确保折反式光学系统在空间环境运行的性能稳定性并实现宽温度范围无热化。最终仿真结果表明空间相机经过设计优化后可在−60 °C~150 °C温度范围内奈奎斯特频率77 lp/mm处的调制传递函数值优于0.4。该相机的材料物理性能稳定、成像质量好、高低温环境内成像质量稳定，在空间探测等领域具有广泛的应用前景。

SG滤波器采用多项式最小二乘近似来平滑数据并估计导数，被广泛用于处理含噪声数据。然而，SG滤波器在数据边界和高频段的噪声抑制能力有限，导致信噪比（SNR）明显降低。为解决该问题，本文提出了一种将主成分分析法（PCA）与 SG滤波协同集成的新方法。这种方法避免了SG滤波较大窗口尺寸带来的过度平滑问题。所提出的PCA-SG滤波算法被应用于基于光腔衰荡光谱（CRDS）的CO气体传感系统。通过与移动平均滤波（MAF）、小波变换（WT）、卡尔曼滤波（KF）和SG滤波器进行对比，验证了PCA-SG滤波算法的性能。结果表明，与所评估的其他算法相比，该算法表现出更优异的降噪能力。衰荡信号的信噪比从11.8612 dB提升至29.0913 dB，提取的衰荡时间常数的标准差从0.037 µs降低至0.018 µs。这些结果表明，所提出的PCA-SG滤波算法有效提高了衰荡曲线数据的平滑度，证明了其可行性。

由于单块镜难以达到10 m级水平，拼接镜已成为现代天文研究中不可或缺的工具。然而，为了达到单块镜的成像能力，拼接子镜之间必须保持高度共相，piston误差作为影响分段镜成像质量的关键因素，亟需进行高效、精确的检测。针对目前圆孔衍射结合双波长算法易受偏心误差干扰，传统卷积神经网络（CNN）局部感受野难以捕捉大量程误差下全局特征的问题，本文提出了一种融合扩展杨氏干涉原理与Vision Transformer(ViT)的平移误差检测新方法。通过双孔对称布局抑制偏心误差的干扰，结合589nm和600nm的双波长消模糊算法将检测量程扩展至±7.95 μm，并基于ViT的自注意力机制建模干涉条纹的全局特征，相较于CNN依赖局部卷积核的局限性，ViT 显著提高了对干涉图中周期性变化的灵敏度。仿真结果表明，该方法在高斯噪声（SNR≥15 dB）、泊松噪声（λ≥9 photons/pixel）及子镜间隙误差（E_gap≤ 0.2）干扰下能够在[−7.95 μm, 7.95 μm]范围内实现5 nm的检测精度，同时保持95%以上的准确率，相较于互相关算法检测速度有较大提升。本研究为拼接镜误差检测提供了一种高精度、高鲁棒性的创新技术路线，为高精度天文观测提供了理论支持。

近年来，文化遗产保护、医疗等多个领域对物体三维(3D)形貌与颜色纹理同步获取的需求持续攀升。为响应当前技术需求，本文提出了一种三维形貌与颜色纹理同步捕获的新方法，首先构建了相机曝光时间与灰度值关联的线性模型；随后通过曝光时间校准，使投影红绿蓝(RGB)光与单色相机捕获的白光灰度值趋于一致；接着向物体投射三组彩色条纹，以筛选适用于3D重建的最优像素；同时投射三张纯色图像，通过图像合成获得颜色纹理。实验结果表明，该方法能够有效实现三维形貌与颜色纹理的同步获取，且测量速度快，精度高，同时使用黑白相机避免了彩色物体三维重建过程中常见的颜色串扰等问题的干扰。

利用直拉法成功合成了具有高光学质量的Yb:CaGd_0.33Y_0.625AlO₄ (Yb:CGYA) 激光晶体。引入的Gd³⁺离子有助于保持原始结构，并有效诱导Yb³⁺离子发射光谱的非均匀展宽。Yb:CGYA 晶体的荧光发射峰波长为 1053 nm，对应的半峰全宽为 93 nm。通过使用双折射滤波片实现了从 1017 nm至 1073 nm的可调谐激光输出，这是迄今为止在短腔中报道的最宽调谐范围。这种紧凑型激光器为其在1 μm波段附近的应用提供了巨大优势。

为了解决基于光学游标效应的光纤应变传感器中传统光谱跟踪解调方式测量精度不足、测量范围小的问题，本文提出了一种改进型互相关算法并将其应用于游标型光纤应变传感器信号解调。该算法通过互相关操作从采集的光谱数据中识别出与待测光谱最为相似的光谱，然后通过加权计算得到预测应变值。由于该算法使用了被测量光谱中包含的全部信息，因此可以得到更准确的结果和更大的测量范围，经过实验验证，获得了0.1038\begin{document}$ \mu \varepsilon $\end{document}的低平均绝对误差，并且消除了光谱范围对测量范围的限制。此外，与光谱跟踪技术相比，由于其可以使用低分辨率光谱进行解调，该改进互相关算法还具有提高测量速度的能力，因此该算法进一步提高了基于游标效应的光纤应变传感器解调性能。

超疏水表面作为一种有效的被动防冰方法，可以减少低温环境下金属表面的结冰。然而，由于其通常采用的有机物修饰在恶劣环境下易老化，从而导致防冰性能下降或完全失效等严重问题。本文采用飞秒激光掺杂制备微结构方法在对铝合金表面进行微观形貌和化学成分的同时改变，实现材料表面无有机涂层的超疏水防冰效果。与未加工铝合金和传统氟硅烷改性的铝合金表面相比较，激光掺杂加工后的铝合金表面具有较低的热导率和仿生蚁丘群结构，使得其具有良好的延迟结冰时间（803.3 s）和较低的冰附着力（16 μN）。此外，这种本征超疏水金属表面在防冰性能方面也表现出优异的环境耐久性。这些研究结果证实了我们获得的无有机涂层超疏水样品在防结冰方面的有效性。

超构表面透镜存在离轴像差和材料色散，在成像探测领域无法同时兼顾视场和工作带宽。本文基于单片超构表面构建可见光大视场消色差超透镜。采用二次型相位实现大视场探测，进一步通过粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)优化超构表面单元结构传输相位实现连续波段色散调控，因此在满足大视场下拓展工作带宽。对于单片超构表面透镜数值孔径0.351，在0.55 μm~0.65 μm波段内实现了±20°视场角的消色差光场聚焦。在工作波段和视场范围内焦距纵向误差≤3.2 μm(~0.08f₀)，入射角探测偏差≤1.34°。本文提出的可见连续波段大视场消色差单片超构表面透镜有望在轻小型、集成化光学系统成像探测等领域发挥作用。

作为量子领域的潜在能源供给系统，量子电池不可避免地经历由环境退相干诱导的提取功衰变过程。为了抑制能量耗散，本文提出了一种运动原子电池方案，其中原子所在的耗散腔与结构化环境发生耦合作用。本文通过开放量子系统方法，研究了量子电池最大提取功的动力学特性。我们发现，在非马尔可夫环境中，量子电池提取功的衰减显著减缓。相比于静止状态，当量子电池处于运动状态时，量子电池的存储性能得到了提升。这种能量保存效应在较高运动速度下更加显著。当环境记忆效应与运动控制同时作用时，两者有助于延长量子电池的放电寿命。此外，我们还研究了环境温度、随机噪声以及量子纠缠的影响。这些结论为开放量子电池提供了一种可行方案。

衍射光波导因其轻薄的外形、大视场角和大的眼动范围，成为实现增强现实（Augmented reality, AR）近眼显示技术最有前景的方案之一。目前商业化AR光波导仿真软件大多由国外公司开发，未见到有国产3D可视化的光波导仿真设计软件报道。据我们所知，本文工作为国内首款自主研发的基于光线场追迹的3D可视化光波导设计仿真模块。并应用该仿真模块设计了一款二维出瞳扩展的衍射光波导，展示了从光栅的k域分析、光波导中光栅各个区域的自动布局、光波导优化到光线场追迹仿真的完整设计流程。该仿真模块不仅能够对单个的波导器件进行仿真，还能够对整个近眼显示光学系统进行仿真，包括微显示屏、微型投影光机与人眼模型，实现从微观到宏观尺度仿真，体现了该光波导仿真模块的功能和优势。该光波导仿真设计模块为国内光学工程师提供了一种高效、稳定的光波导设计仿真工具，将助力我国AR光技术产业化的发展。

为了提升大口径光学元件的加工效率，提出了采用多个加工单元分别同时负载单个工具并共同执行加工任务，以降低加工单元执行时间从而大幅提升加工效率方法。首先，根据光学元件提出一种多机器人协同加工布局，接着，针对三种潜在的可行轨迹进行了模拟加工。然后，在离散仿真基础上，得出了轨迹参数的选取原则，针对离散仿真无法体现轨迹连续性对面形影响这一局限提出并建立了运动模式适配的积分去除函数模型，此模型将轨迹连续性的影响引入模拟加工中，最后提出一种协同加工避障策略并采用最优轨迹进行了协同加工的效率提升验证实验。实验结果表明：将初始面形PV=18.310λ（λ=632.8 nm），RMS为1.788λ的元件收敛至PV=4.873λ，RMS=1.113λ，与此同时其直径120 mm的有效区间内PV=4.661λ，RMS=0.857λ，经加工后收敛至PV=2.465λ，RMS=0.622λ。总执行时间为3.943h,若采用协同加工策略单个加工单元最长执行时间为2.041h，相比单工具效率提升1.93倍。与单机器人加工相比，该方法使得加工效率显著提高，面形精度得到保证，有效缩短了加工周期，在大孔径光学元件制造中具有很强的适用性和潜力，同时也为未来使用更多机器人的协同光学制造提供了轨迹规划策略参考和奠定了基础。

为测量大气相干长度这一表征大气湍流对自由空间光通信链路性能影响的重要指标，本文提出了一种将扩展目标作为信息源的新策略，即结合波前结构函数法与扩展目标偏移量算法直接对大气相干长度进行估计。现有的差分像运动监测器等方法通常依赖于导星目标，但在水平通信链路中难以设置合适的导星目标，其实际应用效果受到显著限制。因此，将扩展目标作为直接测量的信息源，为大气相干长度测量提供了一种可行的解决方案。本文首先回顾了现有主流算法的原理及研究现状，分析了现有算法对导星目标的依赖性及其在水平链路应用中的局限性。在此基础上，提出一种将改进归一化互相关算法与波前结构函数法相结合的测量方案，用于扩展目标场景估计大气相干长度。与传统测量方法相比，该方法能够在水平链路基于扩展目标条件下有效开展测量，同时显著减少了系统的复杂度和设备成本。为验证所提方法的有效性与测量精度，本文设计开展了仿真与实验研究。结果表明，该方法测得相干长度值与差分像运动监测器法及波前相位方差法高度一致，测量精度误差约为4%。这一结果证明了该方法在大气相干长度评估中的有效性，可为提升自由空间激光通信的可靠性提供有效参考。

条纹投影技术在三维测量和表面形貌重建中得到广泛应用，其相位质量是决定测量精度的关键因素。然而，输入光强和输出光强之间的非线性效应是导致相位误差的主要来源之一。为了解决这一问题，本文提出了一种新的系统非线性主动校正方法。该方法首先通过对标准平面投影少量的均匀灰度图像，获取输入光强与输出光强的变化规律。然后，将这一规律与系统非线性主动校正结合，建立了基于输入输出光强变化的系统非线性模型。利用遗传算法求解最优编码值，从而通过条纹编码主动校正了投影条纹。校正后的条纹有效减少了非线性效应带来的影响，大幅提升了相位获取的质量。为了验证所提方法的有效性，以三步相移为例进行了计算机仿真。结果表明，标准误差降低了88%，最大误差减少了85.5%。在实际标准平面实验中，校正后标准相位误差由0.0706 rad降至0.0168 rad，最大相位误差由0.4129 rad降至0.0960 rad。在人脸石膏模型实验中，校正后标准相位误差由0.0472 rad降至0.0102 rad，最大相位误差由0.2990 rad降至0.2408 rad。在复杂形貌人脸石膏件的三维重建中，校正后表面质量显著提升，影响相位质量的水波纹效应大幅减小。与现有的大步相移方法相比，本文提出的方法具有高质量的相位获取精度，而且在所需数据量和操作便捷性方面也具有明显优势，显示出广泛的应用前景。