无人机激光无线能量传输捕获、瞄准、跟踪(APT)系统是系统接收端获得稳定能源的保障。为了解决能量传输过程中充电链路高效可靠的问题, 结合无人机激光能量传输系统特点及实际需求, 在设计中建立自适应感兴趣区域, 提高图像处理速度, 降低噪声, 准确提取目标坐标; 综合考虑多重误差后通过Kalman预测算法实现稳定跟踪, 并根据系统特点提出了系统功率传输效率的计算方案。结果表明, 当无人机飞行速率在18km/h内, 该APT系统能够在300m~500m距离准确跟踪无人机, 跟踪精度在320μrad内。该方案能够保证激光能量传输过程的跟踪精度与可靠性。

研究高斯光束经螺旋相位板和轴棱锥产生高阶贝塞尔-高斯涡旋光束的离轴传输情况,对于离轴高阶贝塞尔-高斯光束的成因、 光强分布操控、光斑定位等实际应用具有一定的理论指导意义。利用菲涅尔衍射积分的卷积算法(Triple fast Fourier transform, T-FFT)对离轴高阶贝塞尔-高斯涡旋光束进行仿真分析,着重研究了螺旋相位板和轴棱锥的错位参数、拓扑荷数 以及传输距离等参数对光束带来的影响。分析表明:离轴高阶贝塞尔-高斯光束具有不均匀的光强分布,由于轴棱锥的偏移, 光束会整体发生偏移,传输不同距离光强不均匀分布情况不同,不同的拓扑荷数只影响光斑的扩展,螺旋相位板和轴棱锥离 轴参量值的多种组合会导致多种不同的光强分布情况,甚至出现暗核偏移。

为解析脉冲激光对靶材的破坏效果与激光各参数之间的关系, 提出了一种基于数值计算方法的仿真模拟方案, 开发了一套脉冲激光辐照靶材的热-力效应数值仿真软件。采用对照法, 分别对激光功率、激光能量、激光光斑大小、脉冲宽度和间歇时间等五个参量进行控制, 对比不同参数条件下激光破坏靶材的效果, 讨论并得出了优化脉冲激光破坏靶材的方法。仿真结果表明, 激光能量和功率密度与破坏效果之间是非线性关系, 随着二者的增加, 对破坏效果的边际加强效果减弱; 随着间歇时间的增加, 破坏效果先增大后减小。对于确定的靶体目标, 通过增加脉冲激光的输出能量和功率密度, 减小光斑半径, 调整脉冲间歇时间, 可以使得脉冲激光辐照靶材的破坏效果达到最佳。

脉冲激光辐照靶材作用机理的研究在激光加工等领域具有重要的科学意义和应用潜力。为了直观体现脉冲制式强激光对靶材的破坏优势，考虑靶材本身、入射激光因素对激光辐照靶材的破坏作用的影响，利用有限容积法对激光辐照靶材的作用过程进行模拟，重点研究了脉冲激光与靶材相互作用的机理，建立了数学模型，得到了三种不同形式的脉冲激光辐照靶材的温度场及作用过程。实验结果表明，脉冲激光辐照靶材可分为升温、熔孔和熔孔深径比增加三个阶段，且重复频率脉冲激光对靶材的破坏效果大于间歇脉冲激光。

设计了由负轴棱锥、折射率匹配液、正轴棱锥组成的浸液式组合轴棱锥.理论分析表明: 浸液式组合轴棱锥系统与传统轴正棱锥等效, 同时可有效提高最大无衍射传输距离；系统产生的最大无衍射距离与负轴棱锥的底角、折射率, 匹配液的折射率, 正轴棱锥的底角和折射率这五个量有关, 极大地增加了系统设计的灵活性, 拓展了光学材料的选择范围, 降低了光学元件的加工难度.

为了解决板条激光器输出激光光束质量不高的问题，建立了激光在板条激光模块中沿“之”字形光路传输时的热致波前畸变模型。对热致波前畸变的分布特点进行了研究，并提出了一种减小热致波前畸变的方法。数值仿真结果表明，通过合理的光路设计，优化激光以同一角度两次进入板条介质时的位置偏移量，可以达到减小板条厚度方向上热致波前畸变的目的。

为了克服激光无线能量传输接收系统中聚焦光斑能量分布不均匀、光斑形状不匹配的缺陷, 设计并加工了一种梯形二次聚光器。依据边缘光线理论分析了梯形二次激光器的设计原理, 利用Tracepro软件进行了仿真, 采用直角梯形拼接的方法加工成梯形二次聚光器。在激光无线传能系统中对梯形二次聚光器进行了实验研究, 对比了菲涅耳透镜单次聚光和与梯形二次聚光器组合聚光时对激光电池效率的影响。实验得出, 在激光电池接收功率一致的情况下, 菲涅耳透镜与梯形二次聚光器组合产生的聚焦光斑能使激光电池的转换效率值提高6%~7%; 在计入二次聚光器损耗后, 激光电池的转换效率值提高2%~3%。结果表明: 梯形二次聚光器的使用可以提升激光无线传能系统接收端的性能。

：在相干探测系统中，信号光与本振光在探测器上进行混频产生中频信号，实现将携带目标信息的信号光转置与放大，实现了近量子噪声限的探测方式。为了有效利用回波信号获得良好的探测性能，有必要对两束光的混频特性进行研究。信号光与本振光在探测器光敏面上的分布决定了两束光的混频效率，只有信号光与本振光的场分布完全一致探测器输出的中频光电流最大。通过对高斯光束的混频进行理论推导并进行数值模拟，结果表明混频效率对光敏面上信号光的分布较为敏感，本振光束腰半径应该等于或略大于信号光束腰的半径，探测器光敏面半径应约为本振光束腰半径的2倍。