利用量子信道和经典信道相结合的方法，采用部分脱体传输设计了连续变量1→2量子克隆方案，在此基础上研究了克隆保真度与EPR导引之间的关系。研究结果表明：双向量子导引态是实现相干态安全量子克隆的必要资源。对于克隆输出模Clone1，取最优增益时克隆保真度超过不可克隆阈值的实现需要共享纠缠源的双向导引，但并不是所有双向导引的资源都能使克隆的保真度大于23。在输出模Clone1的最优增益下，观察了输出模Clone1和输出模Clone2的保真度随分束器反射率和压缩参数的变化，发现使用纠缠度较小但可导引的资源可以实现较高的克隆保真度，且克隆过程中也不需要较高的反射率。此研究结果对安全量子通信网络的构建具有一定的参考意义。

柱矢量光束的紧聚焦在光学微操纵、光学存储、激光微加工、超分辨率成像和粒子加速等领域发挥着重要作用。亚波长光栅平凹透镜对柱矢量光束的紧聚焦的能力仍有提升空间，本文利用闪耀结构将光的能量从零级转移并集中到-1级，对亚波长光栅平凹透镜的聚焦性能进行优化。提高了透镜的衍射效率，增强了焦场的能量。通过调整高斯径向偏振光的形状参数，改变入射光振幅及入射区域半径实现对焦场能量的动态调控。进一步地，调控柱矢量光束的偏振组分能够直接有效地横向调制焦场，获得多样化形貌的焦斑。本文的优化手段对于其他光栅透镜也具有参考意义，该研究结果在超分辨率成像以及光场调控等领域具有潜在的应用价值。

为控制开挖轮廓的成型效果与减弱爆破作用对保留岩体的扰动, 以跨金沙江特大拱桥云南岸约51 m深且一次开挖约20 m深的基坑爆破为工程背景, 主爆孔采用逐孔起爆加强松动爆破设计与施工, 周边孔采用光面爆破设计与施工, 总结了一套适用于深陡拱桥基坑开挖的深孔光面爆破技术, 并对光爆孔内气体作用过程、孔壁膨胀压力和爆破损伤范围进行理论计算与分析。爆破结果表明: 采用深孔光面爆破技术可以形成平整的开挖轮廓面, 相对完整岩体的半孔率可达90%以上, 相对破碎岩体的孔痕保留较少但超欠挖依然可控, 极大地降低了岩壁表面的应力集中; 光面爆破装药段附近不会形成粉碎区, 且保留岩体的最大损伤范围约49 cm, 充分保证了岩壁稳定与施工安全; 光面爆破施工过程中采取台阶底部开挖面缓倾向于临空面、棉质细绳绑扎药卷牵引装药以及每间隔5~7个光爆孔设置孔内起爆雷管与孔外传爆雷管等工程措施以确保爆破的可靠性、安全性及经济性, 取得了良好的社会和经济效益, 同时也对类似工程具有一定的指导和借鉴作用。

激光诱导击穿光谱(LIBS)因其无需制样、 样品损伤小、 可在线检测以及检测速度快等优点被广泛应用。 激光诱导等离子体是一个十分复杂的物理过程, 受多种因素的影响, 激光入射角是其关键影响因素之一。 脉冲激光入射角的改变会直接改变脉冲激光在样品表面的聚焦光斑形状, 导致脉冲激光照射在靶材表面的功率密度发生改变, 直接影响到脉冲激光诱导等离子体过程, 脉冲激光与靶材法线所成角度的改变还会直接影响等离子体扩散过程。 尽管脉冲激光入射角是激光诱导等离子体过程的关键影响因素之一, 但是在低压环境下, 脉冲激光入射角对激光诱导等离子体过程的影响研究较少, 对激光等离子体的影响仍不明确, 对激光等离子体影响的内在机制还需更加深入的研究。 首先研究了激光入射角对脉冲激光在靶材表面形成的聚焦光斑的影响, 实验和仿真的结果都表明脉冲激光在靶材表面的聚焦光斑尺寸随着入射角的增大而增大, 导致相同激光能量下脉冲激光的功率密度下降; 其次, 采用同轴成像的方式研究了不同气压下激光入射角对激光等离子体的影响, 实验结果显示激光等离子体中心辐射强度会随着入射角的增大而减弱。 当激光入射方向与靶材表面法线成0~15°时; 脉冲激光入射角对激光等离子体中心辐射强度影响较小, 辐射强度降低仅为3.05%, 当激光入射方向与靶材表面法线成60°时, 辐射强度降低可达25.415%, 对激光等离子体中心辐射强度有着较为明显的影响。 最后, 对处于气压10-4 Pa下激光从不同角度入射所产生的激光烧蚀坑进行了微观结构分析, 分析结果表明靶材烧蚀量会随着入射角的增大而增加, 但靶材烧蚀效率, 即单位光斑面积靶材烧蚀量, 则会随着入射角度的增大而下降, 这解释了激光等离子体中心辐射强度随入射角增大而减弱的现象。 该工作有助于理解激光入射角对激光等离子体的影响, 为优化LIBS实验参数提供参考。

报道了基于半导体碟片激光倍频实现的高功率青色（蓝绿光）激光，连续输出功率可达到4.8 W。通过半导体碟片热管理优化和金刚石热沉预金属化，获得了最大功率为22.5 W、光-光转换效率为42.7%的980 nm基频光输出。通过V型腔LBO（LiB₃O₅）晶体倍频实现了4.8 W 490 nm激光输出，总的光-光转换效率为15.4%，单位泵浦面积产生的蓝绿光光强为3.8 kW/cm²。

硅基光电子技术以光电子与微电子的深度融合为特征, 是后摩尔时代的核心技术。硅基光电子芯片可以利用成熟的微电子平台实现量产, 具有功耗低、集成密度大、传输速率快、可靠性高等优点, 广泛应用于数据中心、通信系统等领域。除硅基激光器外, 硅基光探测器、硅基光调制器等硅基光电子器件技术已经基本成熟, 但作为最有希望实现低成本、大尺寸单片集成的硅基外延激光器仍然面临着诸多挑战。在此背景下, 本文从直接外延无偏角III-V/Si(001)衬底、无偏角硅基激光器材料、外延技术, 以及单片集成等方面探讨了近些年国内外硅基光源的研究进展, 重点介绍了本研究组在硅基外延III-V族量子阱和量子点激光器方面的研究进展, 包括无反相畴GaAs/Si(001)衬底的制备、硅基InGaAs/AlGaAs量子阱激光器材料外延、硅基InAs/GaAs量子点激光器材料外延和新型并联方式共面电极硅基激光器芯片制作等。

本课题组设计了一种用于硅基外延激光器的对称负极芯片结构，与传统共面电极芯片结构相比，该结构大幅降低了硅基激光器的微分电阻，使激光器性能显著提升。采用该电极结构以及基于无偏角Si（001）衬底的量子点激光器外延材料进行了激光器芯片制作。芯片尺寸为1500 μm×50 μm的激光器的微分电阻仅为1.52 Ω，单面输出光功率可达70 mW。实验结果表明：相比于传统共面电极芯片结构，该芯片结构可将器件的微分电阻降低约75%；当注入电流从1.2倍阈值电流增大到2.8倍阈值电流时，激射波长红移量减少了约77%，特征温度由27.2 K提高到43.4 K，斜率效率增大了约26.4%，最大光电转换效率增大了约4.7倍。所设计的芯片结构方案为制作高性能硅基外延激光器提供了一种优化的技术途径。