针对空中快速运动目标远距离成像探测的需求，推导了适用于点目标的光子级激光主动成像探测公式，搭建基于64×64 像元Gm-APDs 的光子级成像探测系统，通过低频成像探测实验，实现对4.3 km 处点目标的成像探测。实验结果表明，基于Gm-APDs 的低频、光子级回波激光成像探测技术，在无需长时间、多次累积探测的情况下，实现对点目标快速成像探测。为破解对远距离、空中快速运动目标的主动成像探测技术难题奠定基础。

为实现光纤激光器径向偏振光的高效输出, 提出并搭建了基于液晶聚合物(LCP)的纳秒脉冲掺镱(Yb)主振荡器功率放大(MOPA)系统。该系统采用空间相位转换法, 利用LCP涡旋半波片将全光纤MOPA激光器输出的高峰值功率、窄线宽、线偏振、高斯形分布的纳秒脉冲信号转换为横向强度呈空心环状分布的拉盖尔-高斯光。MOPA激光器系统由窄线宽连续种子源、电光强度调制器和后续的5级YDF放大器组成, 通过实验获得了20.1 W的稳定LP01模输出。而后的LCP涡旋波片用作空间模式转换器, 最终获得的平均输出功率为19.5 W, 脉宽为10 ns, 重复频率为10 kHz, 横向剖面呈规则空心环形的径向偏振光输出, 模式转换效率可达97%。另外, 通过PBS测量法测得径向偏振光的模式纯度约为88.5%, 兼具高功率与高纯度的优势。

研制了一种TEC制冷LD侧泵高能量、高光束质量、电光调Q全固态Nd∶YAG激光器。 在主振荡器中晶体棒的尺寸为φ7 mm×100 mm, Nd原子数比例为1.1%, LD泵浦的最大峰值功率为15 kW, 在重复频率为10 Hz时, 获得了350 mJ输出能量, 脉冲宽度为9.7 ns, 光束质量因子M2在水平和垂直方向分别为3.3和3.8。使用主振荡功率放大结构, 提高了最终的输出功率。第一级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ7.5 mm×134 mm, 在输出重复频率10 Hz、泵浦电流80 A、泵浦脉冲宽度200 μs时, 得到最大单脉冲能量700 mJ, 脉冲宽度10 ns。第二级放大器Nd∶YAG晶体棒尺寸为φ8 mm×100 mm, 泵浦电流为80 A。最终我们获得了最大的单脉冲能量1 085 mJ, 脉冲宽度10 ns, 能量不稳定度小于3%, 测量的光束质量因子M2在水平和垂直方向分别为3.9和4.8, 实现了焦耳级高光束质量Nd∶YAG激光器的小型化、无水冷化。

为了研究W-Ni-Cu合金选区激光熔化技术(SLM)直接成形工艺及其热物理性能, 设计了以激光功率、扫描速度、扫描线长度、搭接率为变量的工艺实验, 研究各参数对致密度的影响, 采用SEM、热分析仪、差式扫描量热仪、热-机械分析仪研究合金的微观组织、导热率与热膨胀系数。结果表明：选择合理的优化工艺参数, W-Ni-Cu(SLM)成形致密度最高达到94.5%; 微观组织为难熔相W发生了桥接与团聚, 基体相CuNi呈网络状包裹于W相周围; 测试试样所加载热流平行于烧结成形方向时, 导热系数与热膨胀系数分别是120.314 0 W/(m·K)及7.16×10-6/K, 加载热流方向垂直于烧结成形方向时, 导热系数与热膨胀系数分别是99.257 2 W/(m·K)及7.02×10-6/K。不同方向成形测试件导热系数和热膨胀系数的差异是由难熔相W在CuNi相中的分布以及孔隙数量决定的。采用选区激光熔化成形技术可以成形性能较好的W-Ni-Cu合金。

为了获得高激光脉冲能量, 设计了高能脉冲激光放大系统。对该放大系统的输出能量、脉冲宽度、能量稳定度、输出脉冲宽度等进行了研究。首先, 进行四能级激光速率方程的分析递推出泵浦能量和储存能量、增益系数等的关系。接着, 进行了激光放大器的系统设计, 然后进行实验验证, 最后, 实验还进行了输出激光的性能测试。实验结果表明：在Nd∶YAG晶体棒尺寸为 8 mm×100 mm、Nd3+ 的掺杂浓度为1.1%、泵浦功率最大24 kW、重复频率为10 Hz、泵浦电流为80 A、泵浦脉宽为200 μs的条件下, 得到脉冲宽度10 ns、最大脉冲能量1 050 mJ的脉冲激光, 输出能量不稳定度<3%,通过刀口法测得水平和垂直方向光束质量M2分别是3.9和4.8。满足了高能量、无水冷、稳定可靠等要求。

为获得适用于电子封装的W-Cu材料,对60W-40Cu、70W-30Cu、75W-25Cu和80W-5Ni-15Cu合金进行选区激光熔化实验,研究了W含量对合金微观组织、致密度、热导率、热膨胀系数、表面粗糙度、硬度的影响。结果显示:4种W-Cu合金的成形表面均存在球化现象;当W的质量分数低于70%时,致密化机制为重排致密,W相间几乎不发生连接与团聚,热传导优先在铜相中进行;随着W的质量分数上升到75%,致密化机制主要为固态烧结,热传导路径由以W相为核心、边缘由Cu相包裹的结构单元组成;随着W含量增加,W-Cu合金的热导率和热膨胀系数与理论值的偏差增大,合金的表面粗糙度、硬度均增加。最终获得60W-40Cu、70W-30Cu、75W-25Cu、80W-5Ni-15Cu成形后的致密度分别为97.9%,94.5%,91.6%,91.9%,热导率分别为210.4,176.8,152.7,121.3 W·K ^-1·m ^-1,热膨胀系数分别为11.05×10 ^-6,9.33×10 ^-6,8.17×10 ^-6,7.02×10 ^-6 ℃ ^-1,表面粗糙度分别是9.2,13.7,15.2,15.4 μm,显微硬度分别是183,324,567,729 HV。

报道了一种Nd: YAG调Q短脉冲激光器失稳现象的理论分析及实验研究。短脉冲调Q激光器运行过程中, 会有多种因素导致其不能稳定输出符合目标值的脉冲激光, 即出现失稳现象。实验过程中发现, 输出镜处的干扰光会导致短脉冲激光器出现失稳现象。在理论基础上, 对外界干扰光对短脉冲调Q激光器输出光特性的影响进行了模拟计算, 并进行了实验验证, 分别从能量和脉宽两个特性进行讨论。结果表明: 干扰能量越大, 造成失稳现象越严重, 干扰脉冲能量为60 mJ时, 短脉冲调Q激光器输出能量损失达15%以上, 脉宽展宽至1.15倍以上; 干扰脉冲注入时间节点越靠后, 失稳现象越严重, 在短脉冲调Q激光器的泵浦末端, 即调Q开关打开前注入能量为60 mJ、脉宽为10 ns的干扰脉冲时, 短脉冲调Q激光器可输出能量损失达到80%。

通过对行波放大器储能及小信号增益进行理论计算, 模拟出输出激光特性, 即随着放大器泵浦电流的增加, 放大器增益介质内储存能量和小信号增益系数快速增长,提取效率达到76%以上.输出能量随放大器泵浦电流的增加, 呈线性增长趋势, 在泵浦电流为80 A时, 输出光能量逐渐饱和, 最大输出能量为798 mJ.实验中, 放大器入射光源采用脉冲能量为350 mJ、重复频率为10 Hz、脉宽为10 ns的脉冲激光, 放大器中的Nd∶YAG晶体棒尺寸为Φ7.5 mm×134 mm, Nd3+的掺杂浓度为1.1%, 泵浦功率最大24 kW,使用三个最大功率为66 W的半导体制冷器进行半导体热电制冷,在重复频率为10 Hz, 泵浦电流为80 A, 泵浦脉冲宽度为200 μs时, 获得了最大脉冲能量为700 mJ、脉冲宽度为10 ns的激光输出,通过光束质量诊断仪M-200S测得输出光束在水平和垂直两个方向的光束质量分别是7.9和12.4.

报道了一种实现高能量输出的激光二极管(LD)泵浦无水冷全固态Nd∶YAG双程放大器结构。 整个放大系统采用了泵浦与晶体棒集成的模块以及半导体制冷器(TEC), 从而实现了激光系统的小型化。总腔长为730 mm。在10 Hz重复频率下, 主振荡器得到了最大脉冲能量为350 mJ的激光输出。脉宽为9.7 ns, 光束质量M2在两个方向分别为7.7和12.3。并进行了双程放大的研究, 双程放大后得到了740 mJ、10 ns的激光输出。