基于改进Zernike矩的远场激光高精度中心测量

针对远场激光光斑分布不均匀、形状不规则的特性，提出一种基于改进的Zernike矩的远场激光高精度中心测量方法。在传统Zernike矩亚像素边缘检测基础上，使用新型的logistic边缘检测模型和阶跃阈值自适应提取方法，在减少人工对阶跃阈值误判的同时，提高对实际边缘的识别精度，最后使用最小二乘法椭圆拟合得到高精度激光光斑中心。该方法在远场激光中心检测中，单帧误差在0.5 pixel左右，连续多帧中心偏差波动在1 pixel以内，拥有较高的精度和可靠的稳定性。     

基于舍选抽样BRDF离散数值的散射光线追迹方法

提出了一种基于表面双向反射分布函数（BRDF）离散测量值直接追迹散射光线的方法，以各向同性表面为例，先对随散射角离散变化的表面BRDF离散测量数据组做空间坐标转换，由散射角半球空间转换到方向余弦空间；再通过等间距赋值插等值方式得到方向余弦空间内分布的BRDF数据；然后，利用舍选抽样法不受限于累积分布函数（CDF）求解过程的优点，设计新的散射概率模型，以方向余弦空间内BRDF数值比表示离散光线的概率分布，设定检验条件筛选出散射光线的空间坐标，实现散射光线追迹。为验证本文方法的准确性与适用性，设置相同的入射角、追迹光线数量等仿真参数，编制了本文光线追迹方法的仿真程序，对不同光机元器件建模仿真，对比商用LightTools软件的仿真结果，计算二者的通用质量指数UQI作为比对评价指标。结果表明，基于舍选抽样BRDF离散数值的散射光线追迹方法，运算结果数据准确，与商用LightTools软件的仿真结果相比，UQI值均在0.998以上，且波动范围小，本方法具有良好地适用性。     

用于小鼠脑皮层双光子成像的大视场弯曲视野离轴三反系统设计

为解决传统双光子显微镜进行脑皮层成像时，存在的视场小和视野与脑轮廓曲率不匹配的问题，提出了一种具有大视场弯曲视野的双光子显微物镜光学设计方案。所提方法根据赛德尔像差理论，推导出了一组用于求解同轴三反初始结构的解。在同轴的基础上，进一步优化为利用自由曲面的离轴三反成像系统。优化后系统的数值孔径达到了0.15，视野曲率半径达到了6 mm，视场角达到了9°×18°，视野大小达到了3.5 mm，系统光学性能良好。合理控制系统结构参数获得了无物理干涉下双物镜联合使用的设计方案，这有利于进一步扩大成像视野。     

高功率激光器光束质量测量的衰减缩束实验

针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题，开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术实验研究，搭建了缩束激光的波像差及光束质量测量装置，开展了缩束组件装调误差对光束质量影响的实验。实验结果表明，随着装调视场角度的增加，1/3倍缩束组件在1.2°视场处M²测量偏差小于5%。搭建了偏振分光装置，研究了衰减组件对光束稳定性的影响。实验结果表明，随机偏振的准单模激光器的稳定性比多模激光更易受到衰减组件退偏的影响。搭建了高反式与楔板式高功率激光光束质量测量装置，对1 kW准单模激光进行光束质量测量。实验结果表明，在高反式测量装置中，待测光束通过高反镜时产生了退偏，从而导致光束质量测量结果偏小，楔板式测量装置的测量结果更能准确反映待测光的光束质量。