矿井环境粉尘浓度的测量与治理一直是采矿行业安全发展的一项难题。为了实现对井下场所粉尘浓度安全、实时地监测, 研究采用内腔式循环系统获得实验粉尘的空间均匀分布, 采用双光路光纤差分测量法解决探测窗口表面的落尘问题。以玉米粉为研究对象, 注入5种不同粉尘质量, 通过计算粉尘质量浓度与衰减系数之间的比例系数, 校准获得粉尘质量浓度的测量值, 测量结果与理想计算粉尘质量浓度曲线基本吻合。研究发现, 双光路光纤差分测量法可有效解决探测器表面的落尘问题, 可为矿井环境粉尘浓度光纤监测技术的工程应用提供参考。

理论研究了刀口测量法中激光光斑宽度测量误差与位置测量误差对光束质量因子M2、远场发散角、束腰半径以及束腰位置的测量误差的影响, 并通过光束质量分析仪对理论研究结果进行了验证。结果表明, 相比纵向位置测量误差, 激光光斑宽度测量误差对光束质量的影响更大。

固体激光器中,激光晶体的加工工艺会对输出光整体质量产生影响,针对圆棒晶体球形端面球心位置偏离中心轴的缺陷,提出一种晶体端面球心位置测量方法.通过理论分析测试光路传输矩阵,求解球形端面反射光的位置与角度关系,得到圆棒晶体球形端面球心位置与入射光高度及球形端面反射光斑位置间的关系.实验获得测试光在晶体端面不同入射高度时光阑上球形端面反射光斑距离通光孔的距离,计算球形端面球心位置与中心轴的偏离量.对两种规格4根晶体进行测量,2根3晶体与中心轴的垂直距离分别为2.55 mm、1.1 mm,2根4晶体与中心轴的垂直距离为3.25 mm、0.9 mm,分析了晶体球形端面球心位置工艺误差产生的原因.

通过分析光纤出射端面的光强分布，研究了光纤传输过程中激光二极管出射光束进入光纤时的指向角对出射端面光场分布的影响.提出一种影响光纤输出端光场的新因素，对数值孔径和光纤芯径两个影响因素进行了补充.在光纤传输过程中，将激光二极管出射的光束等效为大量光线，在二极管输出光的位置以及空间分布确定的情况下，使用光线追迹方法依次分析了单束和多束光的指向角以及光纤长度对出射面光强分布的影响.结果显示:单束入射光指向角的偏差会引起光纤输出端面光强极值位置的偏移，多束的情况可以导致光纤输出端光强呈现明显的环状分布，得出了入射光束指向角的偏差是影响光纤出射面光强分布和峰值位置的重要因素的结论，而光纤长度的变化对上述分布状况同样存在影响.

采用圆棒状工作物质的固体激光器中，通常用2块带有半圆型凹槽的金属热沉夹持晶体散热。装配压强在晶体与热沉接触面上的不均匀分布，造成二者间接触热导沿圆周变化，在晶体中产生非轴对称的温度分布。提出采用3块或4块热沉夹持圆棒晶体散热，利用截断高斯模型和塑性形变模型计算晶体与热沉间接触热导，建立了接触散热模型，并用有限元法得到晶体温度分布。结果表明，2块热沉夹持圆棒晶体散热时，晶体侧面压强、接触热导沿圆周变化明显，在热沉凹槽底部达到最大，在2块热沉结合面处为零，晶体端面温度沿周向变化较大。采用3块热沉时，晶体侧面压强、接触热导及温度分布的周向均匀性提高，端面中心温度降低，采用4块热沉时，晶体侧面压强、接触热导及温度分布的周向均匀性最好，端面中心温度最低。