近红外高斯激光束在强激光与材料相互作用、激光清洗、激光燃烧诊断等热点研究领域中发挥着重要的作用。然而，高斯光束能量分布的不均匀性阻碍了这些领域的深入发展。为提高工作效率和测量精度，实际应用中往往期望光束能量在较大工作距离内呈均匀分布，但现有光束整形方法无法同时满足长焦深和高激光耐受功率要求。为此，本文基于非球面像差效应提出并设计了一种新型长焦深高斯激光束均匀化光学系统，系统由非球面光束均匀化系统和球面长焦准直系统两部分组成，所有透镜均采用熔融石英并在其表面镀有增透膜，能够实现 99.9%的光学系统传输效率。系统工作波段为 1064 nm，工作距离为 1000 mm，系统总长为 135.2 mm，耐受激光功率不小于 300 W。设计结果表明：整形后的平顶高斯光束有效焦深为 ±100 mm，光束均匀性≥95%，会聚角为 17.52 mrad，能够满足上述应用场景的实际需求。本文设计的光束整形系统相比于其他激光光束均匀化系统，具有结构简单、易于加工、成本低、焦深长、耐受激光功率高、光束均匀化效果好的特点。

激光雷达观测网是研究区域大气颗粒物污染分布特征的有力工具。长三角地区激光雷达观测网部分站点 的激光雷达资料与地面气象数据、PM2.5、PM10质量浓度数据,以及HYSPLIT后向轨迹模型模拟的后向轨迹 相结合,对2016年9月杭州及其周边地区一次颗粒物污染的来源和成因进行了分析。分析结果表明,9月8日 杭州颗粒物污染过程是该地区局地污染与高空输送共同作用的结果,且粗粒子主要来源于西北方向。 杭州地区SO2浓度整体较低,PM2.5浓度与NO2浓度呈正相关,细颗粒物主要以硝酸盐为主。较高的NO2浓度 和高湿度、低风速的不利气象条件,是该地区局地细粒子快速增长的主要原因。

相位差算法 (PD)不仅应用于波前传感器还可以作为一种图像复原技术，在波前复原与高分辨力图像事后图像复原有很大的潜力；但是，由于相位差算法的计算量大导致了在 PC平台上很难实现实时处理。以 CPU与 GPU之间较少的数据交互为原则，本文首先对 PD计算过程进行了分析，然后在多 GPU平台上，对 PD算法进行任务划分及优化。实验结果表明，在相差 PV=2λ条件下对于 256 pixels×256 pixels大小图像，经过 50次迭代单 GPU和双 GPU分别耗时 53 ms和 45 ms。

NVIDIA 在其GPU 平台上开发的FFT 库CUFFT 经过几次升级，但在二维FFT 实现上效率还有提升空间，而且对于特定不能与上下文的计算融合，导致多次对Global memory 的访问。本文分析合并内存访问事务大小与占用率之间的关系，优化使用GPU 存储器资源，对小数据量2 次幂二维复数FFT 在GPU 上的实现进行改进，加速比最高达到CUFFT 6.5 的1.27 倍。利用实数FFT 结果的共轭对称性，算法的效率比复数FFT 算法运算量降低了40%。最后将FFT 的改进应用到光学传递函数(OTF)的计算中，采用Kernel 融合的方法，使得OTF 的计算效率比CUFFT 计算方法提高了1.5 倍。

为了提高半导体激光器与光纤耦合的耦合效率和失配容忍度,提出了利用带柱状楔形微透镜的多模光纤与大功率单片式宽发射域半导体激光器进行耦合的新技术.采用光线追迹的方法,进行数值模拟.通过对光纤微透镜结构参数进行优化,得到了高达99%的理论耦合效率.同时,还在理论上讨论了耦合时在光线传输方向上的失配容忍度.在实验中,得到了最高为87.06%的耦合效率.

利用傅里叶变换及坐标变换的方法推导了处于空间任意位置的半导体激光器远场模场表达式,在此基础上对半导体激光器相对于原点发生平移及转动情况下的远场光强分布进行了分析.为半导体激光器的发散角、功率分布等参数的测试提供了理论基础.

建立了平端光纤与锥端球透镜光纤耦合的理论模型,得到耦合系数的计算公式,然后用几种不同锥角和球面半径的透镜光纤进行耦合实验,得到最大耦合效率,并验证了理论计算结果.