非视域成像是指被测目标在相机探测视场外部，被测目标的光信号需要通过中介面反射后被相机采集，进而实施计算成像的一种技术。针对退化的非视域图像，去除中介面影响而获得清晰目标的过程属于一种光学逆问题。因此，中介面的光学散射特性在逆问题中的模型是一个关键。本文采用光子飞行时间测距（TOF）相机，提出一种非朗伯散射特性中介面的近似数值模型，并通过遗传算法求取，基于所求近似数值解，通过Lucy-Richardson（LR）反卷积实现非视域目标的三维重建。实验中，采用了打磨过的聚丙烯塑料（PP）板和亚克力（PMMA）板作为反射中介面，被测目标为表面形状复杂的石膏雕像、抛光塑料面板和多个目标的自然场景等常见实物，应用所提遗传-反卷积算法对非视域目标进行重构，通过重构前后的主观对比以及均方差的客观数据对比，得出重构后深度图像的均方误差是原始图像均方误差的1/7~1/2，表明了该算法的有效性。

中介面与目标表面光学散射特性对成像结果有直接影响，目前各种非视域成像方法多针对朗伯体中介面进行计算成像，系统结构复杂且成本昂贵。然而，应用场景中的常见材料均为非朗伯体，故基于中介面材料的双向反射分布理论，提出了一种材料散射特性描述方法。通过设置中介面中所包含的不同散射成分，经过大量光线追迹，实现了对非视域目标光强信号的追踪与仿真。仿真成像结果采用标准差进行评价，通过多因素方差分析，定量讨论了不同散射成分组合与非视域成像质量之间的关系。分析结果表明，材料中高斯散射角对非视域成像质量有显著影响。

为了得到1080 nm的小型化、高功率、连续型光纤激光器,以915 nm的半导体激光二极管(LD)作为泵浦源,由2个光纤光栅构成谐振腔；以12 m掺镱双包层光纤作为增益介质, 结合合束器、剥模器、准直器等光纤器件搭建了全光纤结构的激光器系统。当泵浦功率达到118 W时,实验得到了功率为80 W、光光转换效率为68%的连续且稳定的激光输出。将激光器系统组装到自行设计的紧凑型长方体铝制外 壳内,光纤激光器总重量小于1.8 kg,体积为200 mm×160 mm×40 mm,能够稳定工作在-40～50 °C环境下。

为了提高倍频效率、分析倍频晶体内束腰位置对倍频效率的影响, 根据基模高斯光束传输特性, 结合稳定三镜折叠腔中端镜处等相位面曲率半径与腔镜曲率半径相等这一特点, 在激光光束传输的合适位置上, 放入与等相位面曲率半径相同的腔镜, 构成倍频晶体内具有两个瑞利长度的三镜折叠腔, 提高了倍频效率。对比了相同端镜构成的具有一个瑞利长度和两个瑞利长度谐振腔, 相对于分臂长度变化的稳区范围。结果表明, 使用5W光纤耦合880nm激光二极管, 端面抽运3mm×3mm×5mm的Nd∶YVO4, 采用10mm×2.1mm×0.5mm的PPMgOLN为倍频晶体, 使用具有两个瑞利长度的谐振腔比具有一个瑞利长度的谐振腔, 整体提高倍频效率约18%, 两种腔型的光束质量相同, 倍频光与基频光偏振方向一致, 输出稳定的低噪声绿光, 验证了谐振腔设计的有效性。该研究对腔内倍频效率的提高是有帮助的。

使用具有偏振吸收偏振发射等优良光学性能的Nd:YVO4为工作物质, 通过选用880 nm激光二极管泵浦, 降低量子亏损, 提高效率, 降低阈值和热效应, 分析了谐振腔长度和反射率对单纵模线宽的影响, 合理设计热稳定四镜环形腔。基于磁旋光玻璃MR3-2外加永久磁铁的法拉第旋转器, 结合1/2波片和工作物质的偏振发射特性构成单向器, 获得激光器单向运转。在泵浦功率为5 W时, 获得了输出功率2.75 W, 效率55%, 斜效率65%, 线宽66.7 MHz的1 064 nm激光的稳定单频运转, 2小时功率稳定度优于0.2%。

使用STM32F103ZET6单片机控制, 采用PA92功率放大器驱动压电陶瓷, 设计了532nm平平腔结构的F-P扫描干涉仪。腔镜反射率为99%, 精细度310, 腔长0.1~150mm连续可调, 对应自由光谱区1~1500GHz和分辨率3.2~4800MHz连续可调。压电陶瓷驱动电压和频率通过编码器调节, 可以在0~200V和1~100Hz连续可调, 并显示在数码管上。同时可以通过RS232串口与计算机通讯, 在上位机使用LabVIEW软件界面方便地设置压电陶瓷驱动电压和频率。使用F-P扫描干涉仪, 对激光二极管泵浦Nd∶YVO4/KTP绿光激光器纵模进行了测量, 验证了整个系统的工作性能稳定可靠。

通过深入分析二次谐波转换效率，以周期极化晶体MgO:sPPLT 为研究对象，结合其斯涅耳方程和极化周期随温度的热膨胀关系，得到了基频光正入射时周期极化晶体的最佳匹配温度；当基频光倾斜入射时，极化周期等效变大，最佳匹配温度降低。利用归一化倍频效率图形，可以方便地得到给定晶体长度的温度和波长接收带宽；同时晶体通光长度越长，温度和波长接收带宽越窄。只要更换晶体的斯涅耳方程和极化周期随温度的热膨胀关系，所使用的研究方法可方便地推广到其他周期极化晶体的倍频研究当中。所得到的这些结论对于使用周期极化晶体进行倍频，尤其是连续光纤激光器腔外倍频有一定的指导意义。

通过分析F-P扫描干涉仪的工作原理，基于STC89C52RC单片机，采用PA93功率放大器驱动压电陶瓷，设计了1 064 nm平平腔结构的F-P扫描干涉仪。腔镜反射率为98%，精细度156，腔长0.1~100 mm连续可调，对应自由光谱区1.5~1 500 GHz和分辨率9.65~9 650 MHz。压电陶瓷驱动电压和频率通过4×4矩阵键盘，可以在0~200 V和1~30 Hz连续可调，显示在1 602液晶屏上。同时可以通过RS232串口与计算机通讯，在上位机使用LabVIEW软件界面方便地设置压电陶瓷驱动电压和频率。最后使用该F-P扫描干涉仪，对激光二极管泵浦Nd: YVO4激光器纵模进行了测量，验证了整个系统的工作性能。