激光散斑会严重影响图像的质量，降低图像的对比度和分辨率，为了抑制激光投影散斑，基于人眼视觉暂留特性和漫散射体散斑抑制原理，搭建了一套基于运动循环胶质溶液的散斑抑制装置，该装置体积小，并能有效抑制散斑，实现散斑对比度低于人眼观测阈值 5%的抑制效果，光的透过率可达 65%以上，同时该装置比起振动扩散器，在降低噪声及价格上具有明显的优势，具有一定的实用推广价值。

激光光斑中心的准确定位对共焦显微系统有着重要作用。为了提高光斑中心定位的准确性, 设计了一种基于OpenCV的高精度光斑中心定位检测方法。首先对采集到的光斑图像进行降噪滤波, 再通过聚类分析, 筛选连通域排除粗大误差, 然后对目标连通域边缘进行形态学处理, 最后将边缘数据拟合成椭圆定位光斑中心。仿真与实验结果表明：该方法与其他传统光斑中心定位方法相比, 具有小于0.1 pixel的亚像素级定位精度, 检测结果更稳定, 是一种高精度的光斑中心定位方法。

光栅外腔半导体激光器在冷原子精密操控等领域具有重要的应用价值。根据87Rb冷原子干涉仪干涉过程的应用需求, 利用光学锁相环技术, 重点开展了自制体布拉格光栅100 kHz外腔种子源的调谐和拍频锁频特性实验研究。进行了电流和温度调谐实验, 种子源输出激光频率的电流调谐系数和温度调谐系数分别为400 MHz/mA和16 GHz/℃; 实现了自制种子源激光频率的拍频锁定, 锁定后种子源的激光频率变化小于500 kHz(峰峰值, 10 s), 12 h功率稳定性优于0.1%(rms), 可满足87Rb冷原子干涉仪各物理过程, 特别是干涉过程的应用需求。

回音壁模式晶体腔凭借其高品质因数和小模式体积, 在光学滤波、非线性转换、光学传感等研究领域都具有重要的应用前景, 然而裸露光学微腔的谐振特性极易受外界环境干扰的影响, 针对基于氟化镁晶体回音壁模式微腔的光纤耦合封装技术进行了研究。通过氢氧焰熔融拉锥的方式制备了锥形光纤, 其锥腰直径约为2 μm。搭建了回音壁微腔与锥形光纤耦合测试实验平台, 优化后的锥形光纤耦合系统使回音壁模式晶体腔在一定波长范围内工作在少模状态, 品质因数达到5.15×107。此外, 完成了具有精准温控的耦合器件封装, 提升了锥形光纤和回音壁腔耦合系统的稳定性。从实际应用的角度出发, 为超高品质因数的回音壁模式晶体腔的封装提供了一种有益的尝试。

针对现有亚波长抗反射光栅结构参数对加工工艺要求较高且难以制备等问题, 设计了一种方柱形二维抗反射光栅结构。依据等效介质理论和薄膜增透理论对亚波长抗反射光栅结构参数进行仿真分析, 结果表明其透射率在远红外波段20~24 μm平均透射率能够达到98%, 中心波段21.8 μm处透射率达到99%。使用飞秒激光直写方式进行实验制备, 测得平均透射率达77%, 中心波段透射率达到77%, 与仿真结果相近。经实验验证, 所设计的亚波长光栅结构的工艺容差较现有光栅结构更好, 且对实验加工精度要求较低, 为其他类似光栅结构的设计和加工提供了新的思路。

设计了一种基于点结构光的腹部运动测量系统, 用于监测由呼吸运动引起的患者腹部实时状态, 为主动补偿放疗中因呼吸因素造成的靶区位移、实现靶区的相对静止提供精确位置信息。测量系统基于激光三角测量原理的点结构原理, 将腹部运动转换为激光点移动, 从相机记录下的图像中提取激光点位置, 根据已知系统参数即可从激光点的移动量计算得到每个时刻呼吸所引起的腹部运动量。实验表明, 所提方法能准确、实时地获取位置信息, 具有结构简单、精度高等优点, 能为胸腹动态放疗中患者呼吸因素的补偿提供一种新的解决方法。

光学薄膜对激光系统中光场的调控起着十分重要的作用, 但同时也极易受到高能量密度脉冲激光辐照的累积效应而发生损伤, 这种累积效应往往引起薄膜内部温度升高, 从而发生熔化、破裂等损伤现象。设计了Ta2O5/SiO2双层增透膜(183.33 nm/249.3 nm), 从热动力学原理出发, 构建了激光诱导Ta2O5/SiO2双层薄膜的温度场和应力场模型, 利用MATLAB软件对双层薄膜的温度及应力大小进行了仿真计算。结果表明, 激光辐照Ta2O5/SiO2双层增透膜时, 膜层均发生热损伤且产生热应力, 热应力发生突变, 膜层发生热致应力损伤, 研究结果对探究激光诱导多层薄膜热致损伤机理具有重要指导意义。

绿光波段的飞秒激光一般使用钛蓝宝石飞秒激光器通过倍频产生, 但是钛蓝宝石激光器价格高昂, 且其固体体制稳定性较差, 限制了飞秒绿光激光器的使用范围。采用基于SESAM被动锁模的光纤飞秒种子源和啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification, CPA)技术产生1 030 nm的基频光, 经过压缩倍频后, 实现了脉宽357 fs、平均功率2.187 W的515 nm飞秒激光输出。该飞秒激光器具备基频光与倍频光双波长切换输出的能力, 且具有体积紧凑、脉冲稳定、转换效率较高、光束质量良好的优势, 可作为超快激光加工系统的光源。

为了解决10 m气步枪运动员日常训练中需要消耗大量子弹和靶纸的问题, 使用LabVIEW设计了一套基于图像处理技术的激光模拟射击自动报靶系统。此系统在10 m气步枪基础上加装扳机压力传感器、蓝牙模块、激光器等, 使用激光束代替实弹, 使用摄像头模块捕捉靶纸上的光斑图像并传输给计算机程序, 利用LabVIEW程序的图像处理函数进行处理得出瞄准轨迹、扳机压力曲线和环数成绩等提供给教练及运动员查看分析。相比与传统的人工判靶, 该系统除了解决训练中消耗大量子弹和靶纸的问题, 还在报靶的效率、精度、公平性等方面具有一定的优势。

针对移动纳秒脉冲激光控制参数对Pb99.994铅锭标刻区域温度分布影响规律尚不明确的情况, 基于传热学理论, 分别建立了光纤式脉冲激光单脉冲和连续脉冲标刻金属表面的三维非线性温度场通用模型, 并通过单因素实验重点讨论了在单脉冲作用下不同水平的功率、频率和速度对温度的影响变化以及多脉冲条件下的累积效应。最后通过显微测量深度与模型计算深度对比, 验证了模型的准确性。实验结果表明: 单脉冲作用下, 功率对材料温度升温幅度影响最大, 功率由10 W升至18 W时, 中心点温度升高幅度约为2 000 ℃; 连续脉冲作用下, 速度是脉冲累积效应变化的主因, 脉冲累积效应对影响区域温度的提升不大, 而对标刻灰度有一定程度上的决定关系, 这为金属材料有效标识选择合适的工艺参数提供了参考依据。