利用Nd:YAG激光器研究了DKDP晶体元件在激光辐照下的表面损伤特性，对比研究了355 nm和1064 nm激光辐照下晶体元件的表面损伤形貌，分析了每种损伤形貌对应的前驱体和损伤机制。研究结果表明：相对于体损伤，晶体的表面损伤更加复杂，在脉宽约10 ns、损伤概率小于等于50%的激光能量密度辐照下，DKDP晶体的表面损伤主要有带坑底空腔损伤坑、表面损伤裂纹、平底损伤坑、表面烧蚀四种典型形貌。通过光学显微镜和扫描电子显微镜的成像和分析发现：带坑底空腔损伤坑和表面损伤裂纹的前驱体都是晶体体缺陷，平底损伤坑的前驱体则可能是表面加工裂纹、裂纹内碎屑、表层体缺陷等中的一种或多种，表面烧蚀主要由表面污染和浅表层缺陷形成。与熔石英光学元件一样，表面损伤仍然是晶体元件抗激光辐照损伤的薄弱环节。

在面阵扫描成像激光雷达中，阵列光束照明与棱镜扫描相结合实现了高能量利用率、高分辨率和宽探测视场，但阵列子光束倾斜入射棱镜，破坏了光束传输的旋转对称性，棱镜对子光束偏转能力存在差异，规则光束阵列产生了形状畸变，导致光束指向误差，影响点云位置精度。首先，将阵列光束与棱镜结合的圆锥扫描方式分解为多角度入射多波束并行扫描，通过所有子光束的传输特征来综合表征阵列光束传输特征；然后，采用三维矢量光学方法推导了阵列光束在棱镜中的传输过程，建立了子光束指向变化与棱镜扫描角度的关系；最后，通过对机载激光雷达棱镜扫描成像过程的数值仿真，建立了光束指向变化与点云数据质量的联系。仿真结果表明：阵列光束(3×3)棱镜扫描系统在航高0.5 km时，光束阵列畸变导致平面误差RMS约为5 cm，并随航高呈线性变化；斜率约为0.1 m/km，并随着阵列光束规模和子光束角间距增加点云平面精度随之下降。通过对棱镜扫描过程中光束阵列畸变规律掌握，为后续机载飞行试验数据的校正、阵列光束结合多棱镜扫描系统的设计提供了基础。

为了准确计算液晶光波导中的模式，推导出了非对称锚定面内开关平板液晶光波导中横电模式的色散方程。进行了模式的求解，并与仅适用于均匀各向同性材料的传统色散方程得出的结果进行了比较。结果显示，传统色散方程得出的每一个模式的有效折射率都比本文方程的求解结果更大，且该偏差随模式阶数的增加而变得更加严重。在本文的例子中，基模、阶模、2阶模对应的最大偏差分别占液晶双折射的7.8%，17.8%，26.3%，这表明液晶指向矢的渐变特性对有效折射率解有不容忽视的影响。因此，相较于传统色散方程的不足，本文提出的色散方程能更有效地分析液晶光波导中的模式。最后，通过与已有的数值结果进行比较验证了本文提出的色散方程的有效性与准确性。

针对CO₂激光修复熔石英表面损伤点后得到的修复点（简称损伤修复点）产生的光调制问题，重点研究损伤修复点在镀增透膜前后的形貌及光调制的变化规律，探讨修复点深度、宽度等形貌因素对SiO₂胶体在修复点坑内沉积的影响，以及对光调制效应的影响。研究结果表明：胶体材料在损伤修复点坑内具有明显的富集效应，可有效改善损伤修复点的形貌尺寸，尤其是对深度的影响尤为明显。这虽然会导致损伤修复点镀膜后最大光调制位置的增大，但该最大光调制却远小于相应未镀膜损伤修复点引起的调制度。研究结果对进一步优化熔石英表面损伤点的修复工艺及光调制度控制提供参考。

利用图像处理方法对比研究了单波长辐照和双波长激光同时辐照下熔石英光学元件的损伤增长阈值。通过实时采集损伤图像和靶面光斑能量空间分布，获取损伤增长发生位置对应的能量密度。针对 $3\omega $单独辐照、 $3\omega $和 $1\omega $同时辐照下熔石英元件损伤增长的实验数据，比较分析了基于图像处理方法和传统损伤增长阈值R-on-1测量方法（国标）所得结果的差异。结果表明：本文采用的图像处理方法在研究小口径非均匀光斑辐照下的熔石英光学元件损伤增长阈值时，能解决传统损伤阈值测试中将能量密度分布非均匀光斑等效为均匀分布的平顶光斑带来的计算误差问题，有助于降低损伤（增长）阈值测量中的光斑口径效应。

对比研究了3ω单独辐照、3ω＋2ω和3ω＋1ω双波长同时辐照下熔石英元件的初始损伤和损伤增长规律，重点研究3ω能量密度在其阈值附近时，低能量密度的2ω和1ω对初始损伤和损伤增长的影响，分析了波长间的能量耦合效应。结果表明：双波长同时辐照下，当2ω和1ω能量密度远低于其自身阈值时，它们对初始损伤几率和损伤增长阈值的影响可以忽略，但也会参与初始损伤和损伤增长过程，会增加初始损伤程度和损伤增长系数。基于飞秒双脉冲成像的冲击波速度测量表明，3ω和1ω同时辐照下，波长间的能量耦合效应会促进激光能量向材料沉积的效率。