开展了基于二向色镜的三路高功率激光组束实验研究，将中心波长分别为1059、1075、1090 nm的4 kW近单模光纤激光器进行组束，实现了11.34 kW的激光输出，组束效率超过95%。随着输出功率的提升，二向色镜温升越来越高，光束质量相较于子光束呈现逐步退化的趋势，当满功率时，组束激光在两个方向的光束质量分别为M²x=2.941和M²y=3.183。分析了影响组束效率和光束质量的原因，并对二向色镜基底厚度对光束质量的影响规律进行了实验研究，为进一步优化组束激光的光束质量提供重要参考。

研究了高功率光谱组束系统内光路的气体热效应对激光远场光束质量的影响。通过同等功率密度传输的子光束与合成光束的远场光斑分布对比研究,明确了子光束中的受激拉曼散射是造成组束光路气体热效应的主要因素。当拉曼光功率密度仅为180 W/cm 2时,远场光斑即出现了中心强度明显下降、能量分散等劣化状态。研究了激光传输路径长度对气体热效应的影响,当光程从100 mm增加至450 mm时,远场光斑的峰值强度逐渐下降,光斑逐渐变散。通过向密封的组束装置中充入氮气,基本可以消除气体热效应对远场光束质量的影响,可作为一种有效的气体热效应抑制手段。研究成果为光谱组束激光器的光束质量优化提供了有效支撑。

研制了激光清洗用高能量纳秒脉冲掺镱光纤激光器,该激光器采用主动调Q技术产生纳秒脉冲,脉冲经两级主振荡功率放大器(MOPA)后可以获得高的能量和平均功率。在重复频率为100 kHz时,激光器输出的平均功率最高可达302 W,脉冲宽度为203 ns,单脉冲能量为3 mJ,光光转换效率为84%。利用该激光器进行了激光除锈实验,实验结果证明该激光器稳定可靠,可满足激光除锈、激光除漆等多种应用的需求。

为了解决光纤激光器外腔光谱组束中存在像差以及发光单元反馈不足等问题, 采用将组束系统中单个传输透镜准直和聚焦功能分离的方法, 搭建了光纤激光外腔反馈系统, 实现了激光波长的锁定。结果表明, 该系统光光转换效率为91.5%, 反馈输出线宽为0.16nm, 输出功率为29.7W, 组束方向M2=1.241, 非组束方向M2=1.171,实验结果同理论分析相符。该外腔反馈方案可以应用于光纤激光器光谱组束。

高功率窄线宽光纤激光器在地球科学、光束合成、非线性频率转换等领域有重要的应用价值，近几年已经成为激光领域的研究热点。受激布里渊散射(SBS)、自相位调制(SPM)、四波混频(FWM)等非线性效应限制了窄线宽光纤激光器输出功率的提升。随着各种非线性效应抑制技术的发展，窄线宽光纤激光器的输出功率也得到了大幅提升，目前已经达到了千瓦量级。对1 μm波段高功率窄线宽光纤激光器的研究进行了详细的介绍，重点介绍了限制窄线宽激光器功率提升的非线性效应及其抑制方法、高功率窄线宽光纤激光器的种子源技术以及国内外典型的高功率窄线宽光纤激光器的研究成果。

实验研究了两路光纤激光器外腔反馈型光谱组束(SBC)，采用透射式衍射光栅作为组束元件，实现了1060 nm波长激光与1080 nm波长激光的光谱组束输出。输出光束组束方向光束质量为1.328，非组束方向光束质量为1.257，组束输出功率为57.3 W，光-光效率为91.7%。采用该组束方案可以降低单路激光器线宽的要求，同时验证了多路激光进行组束的可行性，通过增加组束光束个数可以进一步提高组束输出功率。

作为二次分析方法, 近红外光谱分析的重现性和可靠性非常依赖于建模过程。 以近红外光谱小麦蛋白质定量分析模型为例, 研究了多变量定标建模过程中异常样本问题, 旨在讨论复杂样本建模中的样本对模型的影响和作用。 以PLSR算法建模中校正方差与验证方差的解释百分比曲线的背离特性作为异常样本存在的判据, 当两个百分比曲线显著偏离时, 则认为样本集中存在异常样本, 并对建模产生了显著影响。 异常样本的识别和处理, 以及影响分析是本文主要的创新性工作, 采用了基于样本删除的子模型遍历统计方法, 能够渐次识别并提取出异常样本。 在剔除异常样本后的模型预测结果中, 以模型的预测残差标准差作为参考距离对异常样本进行了离群程度分级, 可分为显著离群样本, 相对离群样本以及潜在离群样本, 数据集中显著离群样本约占7.8%, 相对离群样本约占15.6%。 异常样本对模型的影响表现在对正常样本的预测残差上, 使预测值偏离理想拟合直线, 分散性增加。 剔除异常样本或以样本权重建模可有效抑制异常样本的影响, 使模型的解释性更偏向于多数样本数据, 降低模型的经验风险误差。

中温黑体是红外谱段常用的高精度辐射标尺设备, 而近红外是处于其有效辐射范围边缘的谱段, 所以该谱段的定标研究相对较少。 研究了基于中温黑体的近红外光纤光谱仪辐射定标方法, 主旨是探讨定标精度如何受定标模型的结构参数选择的影响, 进而为近红外光谱辐射计量溯源提供技术参考。 采用50～1 050 ℃的可调中温黑体对近红外光纤光谱仪(950～1 700 nm)进行辐射定标。 针对定标的关键环节重点讨论了两个内容, 首先是辐射传输模型的几何因子匹配问题, 比较分析了传统的双圆盘辐射传输模型和光纤直接耦合模型。 对于光纤光谱仪的辐射定标来讲, 采用光纤直接耦合形式的辐射传输模型, 结构上更简单, 耦合效率更高。 其次重点分析了辐射定标中模型的结构参数对定标精度的影响, 其影响的原因是定标数据本身属性中的尺度结构特征, 即通常所说的非线性问题。 因此对于定标精度要求较高时, 需要采用非线性定标模型进行校正, 并尽可能保证测试点采样的尺度均衡, 这是小样本数据解释非线性结构关系时无法回避的样本选择问题。 数据分析结果表明, 定标方程的不同结构参数的选择策略对定标精度有显著影响, 校正方程的样本残差标准差带变化范围为±0.1%～±1%。

通过建立光电热(PET)模型，研究了发光二极管(LED)光源相关色温(CCT)的模型预测控制方法，实现了多主色LED光源的相关色温控制。首先，提出了热平衡状态稳定假设和修正的非对称高斯函数作为基函数的假设; 根据软模型建模思路,用最小二乘估计求解各个模型参量的回归子模型，分析光谱敏感系数曲线随CCT变化的关系。 然后，通过重力线法调试出在3 000，4 500和6 500 K 下3个常用色温点处所需的电流控制量。最后，在调设好的电流控制量上加以一定的无规则扰动产生一组验证数据，用于评价模型精度。实验结果表明: 建立的多主色LED光源的PET数学模型能够很好地通过电流控制量和环境温度来预测LED的热沉温度和多主色合成光谱功率分布函数，进而能够预测控制色温，具有很好的模型精度。得到的色度坐标预测精度优于±0.005，CCT预测精度优于±150 K。提出的基于模型的控制方法不仅适用于常用LED光源的CCT调控，还可推广到更多通道的LED光源的色度及CCT控制中。

为了简化模型, 提高模型预测精度, 利用特征投影图（LPG）进行变量选择。 对原始光谱进行连续小波变换（CWT）, 利用主成分分析（PCA）得到LPG, 假定LPG中共线性光谱变量对建模作用相同, 选出少数特征光谱变量建立预测模型, 所得模型预测均方根误差（RMSEP）为0.345 4, 优于其他建模方法, 研究结果表明, LPG变量选择可有效简化近红外光谱模型, 提高模型预测精度。