数字微镜器件(Digital Micromirror Device, DMD)作为一种新型的空间光调制器, 具有分辨率高、生产成本低、加工效率高等优点, 使用起来非常灵活, 因此实验室搭建了基于DMD的近红外光谱仪。首先, 介绍了DMD近红外光谱仪的基本工作原理。其次, 对该光谱仪进行了波长标定, 提出基于同一样品吸光度曲线相关系数的方法对其进行了波长台间差标准化, 使得波长的台间差在理论上小于0.1 nm, 在模型转移时符合要求。又通过在强光与弱光条件下对其噪声与信噪比的测试实验对比得出DMD近红外光谱仪不同编码模版的选择准则: 在强光条件下扫描方法优于阿达玛方法, 在弱光条件下相反。最后, 利用该光谱仪对实际样品汽油和柴油进行检测, 测试结果表明该光谱仪性能稳定。该DMD近红外光谱仪检测波长范围为1 330~2 500 nm, 吸光度偏差小于等于0.000 4 AU。

提出被动风冷的高光束质量、高稳定性半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模1064 nm Nd∶YVO4皮秒振荡器。在对SESAM 被动锁模理论进行理论分析和实验验证的基础上，获得更精确的SESAM 锁模脉宽表达式。测得该振荡器的脉宽为15.5 ps，平均功率为210 mW，重复频率为100 MHz。其光束质量因子M2=1.15，长时间均方根(RMS)功率不稳定性优于1%。整机外形紧凑，尺寸为350 mm×150 mm×50 mm。该激光器能够作为可靠的皮秒种子源用于后续的功率放大并应用于科研和工业等领域。

分析了DMD型红外场景模拟器相较电阻阵型在半实物仿真实验中没有广泛应用的原因。通过分析发现DMD型模拟器的数据传输带宽的大小和外同步触发延时长短对系统的实时性都有影响，并且指出图像接口的数据传输带宽高于有效带宽2倍时才能满足系统仿真的高实时性要求。设计了满足实时性要求的专用千兆网的硬件，具有极小的延时时间并且满足UDP/IP协议的数据传输软件和有利于DMD灰度显示高实时性的图像分割和存储的方法。实验验证了该方法能够传输100 Hz以上的分辨率为1 024×768的8位灰度图像，而外同步触发信号与系统播放开始信号延时仅为70 μs，并具有良好的稳定性。

提出并设计了一个应用数字微镜(DMD)的哈达玛变换近红外光谱仪。以光栅为分光元件，用DMD 代替传统的机械式哈达玛编码模板进行光学调制，用InGaAs单点光电二极管探测调制后的光谱信号。综合考虑分辨率、能量利用率、像差和体积等因素，合理选择狭缝长和宽、光栅入射角及透镜焦距，采用光路分段优化法进行光学设计，通过DMD 面阵上的狭缝像和探测器上的点斑尺寸等分析设计结果。模拟分辨率优于4 nm，探测器上点斑尺寸小于3 mm,光学系统尺寸为75 mm×25 mm×85 mm。为提高光谱仪对弱光谱信号的探测能力，在系统前加入了一种集光结构，使从光纤出射的光能的利用率理论值提高24.2%。实验结果表明，该光谱仪的光谱分辨率优于6 nm，通过添加集光结构可以大大提高光谱仪的能量利用效率。该光谱仪具有分辨率高、能量利用率高、体积小、成本低等优点，有广阔的应用前景。

为了克服经典光谱仪中由于入射狭缝的遮挡导致的系统内光通量很小的缺点，提出了一种新型阿达玛变换光谱仪的设计理念. 给出了以柱面镜来整形光束的方法，利用理论计算得出含有数字微镜阵列光谱仪的光谱分辨能力和像元分辨能力，确定了该类光谱仪的极限分辨率.根据几何光学成像理论，提出一种增大成像透镜焦距的优化方案，可以提高光谱分辨率，并且更有益于机械装调. 实验结果表明，该阿达玛变换光谱仪具有高光通量、提高5倍的信噪比、较小的光谱带宽(3.5 nm)等特点，可为微弱光谱信号的检测提供便利条件；光谱仪选择的近红外探测器无需制冷，降低了阿达玛变换光谱仪的制作成本，具有更强的市场竞争力.

采用Nd:YAG 1064与1319 nm激光在非线性晶体LBO中和频，获得了高功率、高光束质量、窄线宽的准连续微秒脉冲钠信标激光。该钠信标激光平均输出功率为33 W，光束质量因子M2 = 1.25，线宽小于0.4 GHz，波长为589 nm，并可精确调控到钠原子D2谱线，稳定性优于±0.3 GHz，重复频率为500 Hz，脉冲宽度约为120 μs。与连续波钠信标激光相比，准连续微秒脉冲钠信标激光提供了门脉冲选通机制，可消除大气瑞利散射干扰和减小钠导引星像斑拉长现象，从而使自适应光学系统能够实现更好的校正效果，被称为第二代纳信标激光。基于此第二代钠信标激光器，在云南1.8 m口径望远镜上进行了外场试验，观测到激光钠导引星。

设计并优化了高效且结构紧凑的折射/全反射/反射/折射式(RIXR) LED准直系统, 用于收集大角度范围内的光线获得具有较小发散角的准直光束。首先, 根据非成像光学理论中的边缘光线原理以及多面同步(SMS)设计方法计算系统初始结构的面型; 然后, 利用Zemax光学设计软件对初始结构进行优化设计; 最终得到最佳结构的LED准直系统。优化设计得到的RIXR型准直系统的半口径为20 mm、纵横比为0.25、集光角为200°。LED准直系统经反向光线追迹得到边缘视场(±3.178°)点列图的均方根半径<2.1 μm, 故边缘视场达到了很好的聚焦效果。充分考虑材料的吸收损失和界面的反射损失后, 光能利用率高达83.48%。实验表明, 基于RIXR结构的LED准直系统具有光能利用率高、结构紧凑、体积小、便于应用等特点。

A high efficiency, high power diode-side-pumped quasi continuous wave (QCW) Nd:YAG ceramic rod laser at 1064 nm based on the domestic transparent ceramic is reported. The average output power of 961 W is achieved with double ceramic rods by means of a symmetrical convex-convex cavity. The optical-to-optical conversion efficiency is 38.3% and the slope efficiency is 45.3%. To the best of our knowledge, this is the highest level of efficiency achieved for the domestic Nd:YAG ceramic rod laser.

多热焦距激光谐振腔与单热焦距谐振腔相比, 具有结构灵活、热管理简便等优点, 然而其热稳定性受到激光头分布等因素影响, 需要优化设计以实现多热焦距激光谐振腔高功率稳定输出。理论分析了激光头分布对多热焦距激光谐振腔热稳定性的影响, 对比了单热焦距双棒谐振腔、双热焦距3棒对称谐振腔和双热焦距3棒非对称谐振腔的热稳定性。根据理论分析, 采用不同热焦距的激光头构成双热焦距3棒串接对称热近非稳腔, 通过优化设计, 当抽运功率为3480 W时, 该连续波1064 nm Nd∶YAG激光系统获得稳定输出, 最高输出功率达1125 W, 光-光转换效率达32%, 光束质量约15 mm·mrad。

使用高数值孔径的物镜通过显微拉曼扫描成像的方法获得了方铅矿结晶体的空间分辨的分子信息.实验中包括不同尺寸大小的晶体和不同强度的激发光功率.从逐点扫描(步长为0.5μm)的显微探针成像方法获得的光谱数据分析,得到了化学组分的空间分布.多变量数据分析处理得到PbS及其退化产物的特征光谱.在非破坏性激发条件下,PbS的特征谱线很弱.在强激光的光化作用下,在微米尺度大的样品点上产生完全不可逆的氧化反应,把PbS氧化为α-PbO.对于大尺度的PbS晶体,通过拉曼扫描成像光谱在照明点附近还发现了铅的氧硫酸盐包括4PbO·PbSO4,3PbO·PbSO4和PbO·PbSO4.