采用超极化惰性气体的磁共振成像技术可大大提高肺部影像成像质量，其中自旋交换光泵作为超极化惰性气体的关键，通常是对碱金属铷进行泵浦，为获得较好的泵浦效率，要求泵浦源具有窄光谱宽度和高功率的特点。针对这一需求，提出以体布拉格光栅（VBG）作为外腔反馈元件的795 nm窄谱宽外腔半导体激光器设计，并对VBG的外腔锁模稳定性进行了分析讨论，最终实现了功率为6.36 W，谱宽低至0.036 nm 的795.245 nm单管外腔激光输出，为实现大功率的单管外腔半导体激光器奠定基础。

随着现代农业的迅速发展, 使用农药的种类和数量也在逐步增加, 随之带来的农药残留问题引起了人们的广泛关注。 敌百虫是一种有机磷杀虫剂, 用于农业防治多种害虫及牲畜体内外寄生虫。 人体摄入过量的敌百虫会引发人体免疫功能的问题, 甚至危及生命。 因此, 对敌百虫的残留检测至关重要。 太赫兹波由于具有透视性、 安全性和高光谱分辨能力的特点, 近年来得到了较快的发展和应用, 成为一种新的检测技术, 并被应用于**、 工业、 半导体、 通信、 生物医学、 制药、 农产品及食品等多个领域。 与传统的检测方法相比, 太赫兹光谱技术具有操作方便、 耗时短、 成本低以及无损的特点。 将太赫兹频域光谱用于土壤中敌百虫的检测。 对敌百虫纯品压片的光谱进行分析, 结果发现敌百虫在1.18, 1.55和1.91 THz处存在特征吸收峰。 通过密度泛函理论的B3LYP/6-31G(d)基组对敌百虫单分子进行计算, 结果发现敌百虫在1.59和1.94 THz存在两个振动模式, 解释了敌百虫特征吸收峰的来源, 验证了实验结果的准确性。 此外, 采集了土壤中不同含量(0.5%, 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%和50%)敌百虫压片的24条光谱, 实验发现: 当浓度大于5%时, 随着含量的升高, 混合样品的吸光度也随之增加, 呈现良好的线性关系。 将24条光谱以3∶1比例划分为校正集和预测集, 并借助偏最小二乘法对光谱进行建模。 模型具有相对较高的相关系数(＞0.993 04), 较低的校正均方根误差(＜0.021 9)、 预测均方根误差(＜0.024 6)和交叉验证均方根误差(＜0.028 6)。 研究表明: 太赫兹频域光谱能够用于定性检测土壤基质中的敌百虫, 并且太赫兹频域光谱结合化学计量学方法可以对土壤中的敌百虫含量进行预测。 该研究为土壤基质中农药残留的定性与定量分析提供了一种新方法, 同时为土壤中的污染物检测提供了新的思路。

傅里叶叠层显微成像(FPM)是一种能够重建宽视场和高分辨率图像的新型成像技术。传统的FPM重建算法计算成本高,重建高质量的图像需要较大的图像采集量,这些缺点使得传统重建算法的成像性能和效率较低。因此,提出一种基于深度学习的傅里叶叠层显微成像的神经网络模型,对图像进行低分辨率到高分辨率的端到端映射,有效提高成像性能和效率。首先,借助菱形采样方法进行图像采集,加速低分辨图片采集过程。其次,结合残差结构、密集连接以及通道注意力机制等模块,拓展网络深度、挖掘有用特征,增强网络模型的表达能力和泛化能力。然后,使用子像素卷积进行高效地上采样,恢复高清图像。最后,采用主观和客观的评价方法对重建结果进行评估。结果显示,本文提出的网络模型对比传统重建算法重构效果更优,且降低了计算复杂度,平均重建时间更短。同时,在保证图像重建效果不变的情况下,低分辨率图像的采集数量比传统算法减少了约一半。

为了突破多单发射区半导体激光器光纤耦合模块设计过程中空间合束法遇到的合束功率及光功率密度无法上升的瓶颈, 得到多单发射区半导体激光器光纤耦合模块更优参数的光束输出, 同时完成单一激光器光纤耦合模块泵浦多种激光器的目标, 结合ZEMAX光学设计软件及Solidworks工程设计软件设计并制作了一种由6支、可输出2种波长分别为915 nm及974 nm的单发射区半导体激光器组成的光纤耦合模块。该模块的实现过程包括微透镜光束快慢轴整形、空间合束、波长合束、光路转向及聚焦, 最终耦合进数值孔径为0.22、光纤芯径为105 μm的普通光纤, 测试结果表明该模块光纤输出光功率达到了46 W, 2种波长均在光纤输出光束中检测到, 且光纤耦合效率高于83%。使用ANSYS软件对模块进行散热分析, 结果显示, 模块正常使用后最高温升至37 ℃, 在正常使用温度范围内, 表明模块的散热性能良好, 具备实际应用的可行性。

为了研究以单管半导体激光器为基本单元的高功率、高亮度波长合束光纤耦合模块，设计出新型光纤激光器泵浦模块，基于ZEMAX光学设计软件等设计了一种由30支单管半导体激光器组成、可输出3种波长光束的光纤耦合模块。将经快慢轴整形、空间合束、波长合束、光路转向及聚焦的光束耦合进入芯径105 μm、数值孔径0.22的普通光纤，最终得到尾纤输出端高于357.91 W的输出功率，光纤耦合效率为99.42%，光功率密度为27.24 MW/cm2-stras。为了验证模块的实际操作的可行性，分析了光纤端面法线与入射光束之间的夹角对耦合效率的影响，结果显示该夹角对模块的耦合效率影响较小。同时，应用ANSYS软件对模块散热情况的分析结果可知，模块散热性能良好。故该模块各项性能良好，可靠性较高，实现了高功率、高亮度、多波长的多单管半导体激光器光纤耦合模块的设计目的。

为了发挥单管半导体激光器的优势, 获得光纤耦合模块多波长、高功率、高亮度的光束输出, 利用ZEMAX软件仿真模拟, 设计了一种单管光纤耦合模块。此模块将32支输出波长分别为915 nm、975 nm, 输出功率为15 W的单管半导体激光器, 经过微透镜组快慢轴光束整形、空间合束、偏振合束、波长合束以及光束聚焦等一系列工艺后, 耦合进芯径200 μm、数值孔径0.22的光纤。模拟结果显示, 光纤输出功率467.46 W, 光纤前后耦合效率大于98.47%, 总耦合效率高于97.39%, 光功率密度高于12.86 MW/(cm2·sr), 达到了泵浦激光器和功率型器件的性能要求。使用Solidworks软件设计了相应的底板结构, 并结合ANSYS软件进行散热模拟分析, 结果显示该模块散热性能良好, 可行性较高。

利用空间合束技术和光纤耦合技术将9只波长为915 nm单管芯半导体激光器高效率耦合进光纤中, 制备出具有高功率、高亮度输出光纤耦合模块。应用ZEMAX光学软件进行模拟仿真后通过实验验证, 光纤耦合模块可以通过芯径105 μm、数值孔径0.22的光纤输出大于110 W的功率, 并且亮度达到8.64 MW/(cm2·sr)。

水相合成了巯基丙酸保护的CdTe量子点。根据在Cu2+存在的情况下，CdTe 量子点荧光恢复程度与依诺沙星浓度成正比的现象，建立了基于CdTe量子点荧光猝灭-恢复测定依诺沙星的新方法。考察了溶液pH 值以及Cu2+ 浓度等对检测体系的影响。在pH=10的硼砂缓冲溶液中，在Cu2+浓度为 2.3×10-5 mol/L的条件下，依诺沙星浓度在8.0×10-7~3.0×10-5 mol/L范围内与量子点荧光恢复程度呈良好的线性关系，检出限为7.2×10-8 mol/L。该方法用于实际样品中依诺沙星的检测，回收率为95.5%~105.0%。

自行设计实验，采用CCD采集光纤末端输出的光斑，利用Matlab编写程序，分析了光纤输出光斑的光密度分布规律，并利用三维立体图进行直观表示。研究了光纤尺寸、数值孔径和弯曲程度对输出光斑均匀性的影响,结果显示，光纤越长，输出光斑越均匀；芯径与所用光源的尺度越接近，输出光斑越均匀；光纤弯曲后，光斑变得模糊化、均匀化，但光强变弱。

设计了一种高亮度、高功率半导体激光器单管耦合输出模块, 采用波长为975 nm的10 W的GaAs基半导体激光器, 将半导体激光器输出光束耦合进数值孔径0.18、纤芯直径105 μm的光纤中, 获得10 A电流下的输出功率为9.37 W, 耦合效率为94.3%, 亮度为1.64 MW/(cm2·str)。