为了研究抽运光源光谱与增益介质吸收光谱对发光二极管（LED）带抽运激光器输出效率的影响, 进一步提高输出效率, 将光谱信息引入激光速率方程中, 建立了LED带抽运速率方程,采用该方法对LED带抽运Nd∶YAG激光器进行了理论分析和实验验证。结果表明, 利用红外LED对Nd∶YAG激光器进行侧面抽运, 当抽运能量为9.1mJ时, 取得了能量为607μJ的1064nm激光输出, 达到实验中最高的倾斜效率15.5%, 此时光转换效率为6.67%;速率方程的计算求解和实验的输出能量二者基本吻合。这一结果对研究提高LED带抽运激光器的输出效率是有帮助的。

交叉验证是用于验证模型性能的一种统计分析方法, 可避免由训练集与测试集重合引起的过拟合。 进行交叉验证时通常使用交叉验证均方根误差（RMSECV）的均值来表征多元素的分析准确度。 但对于激光诱导击穿光谱（LIBS）用于多元素分析的情况, 发现各元素的RMSECV与其在样品中的浓度范围可近似用线性关系表述, 由于不同元素在样品集中的浓度范围差异很大, 不同元素之间的RMSECV差异较大, 实验中C与Cr在样品集中的浓度范围差异为28.11倍, 其RMSECV差异达到8.96倍。 发现RMSECV均值对于个别元素过于灵敏, 在数据优化过程中, 可能导致其不能反映大多数元素的分析准确度变化趋势。 为减小RMSECV均值对不同元素的灵敏度差异, 更全面地表征多元素的分析准确度, 提出了多元素的RMSECV标准化方法, 即将各元素的RMSECV与该元素在样品集中的浓度范围相除, 并引入标准化交叉验证均方根误差（SRMSECV）的概念。 LIBS检测受测量条件波动（如激光脉冲能量、 振动等）等不确定因素的影响, 会引入异常光谱, 并对分析准确度产生负面影响。 为通过滤除异常光谱来提高多元素分析准确度, 利用光谱面积筛选对光谱数据进行预处理, 以同一样品下各张光谱的面积中位数为中心, 选定某一光谱面积区间, 舍弃该区间之外的光谱, 并使用余下光谱用作定量分析。 在此基础上, 通过对0.5 Pa真空环境下的10块Ni基合金中的14种元素成分进行的多谱线内标法定量分析展开实验验证。 标准化后各元素RMSECV的相对标准差（RSD）由68.7%减小至48.9%, 元素间的RMSECV的最大差异由8.96倍降低至3.93倍, 表明SRMSECV均值能够较全面表征多元素的分析准确度, 从而有利于实现定标曲线的全自动优化。 在优化面积筛选跨度下, 各元素定标模型的决定系数（R2）均值与SRMSECV均值都得到一定程度的改善, 证明光谱面积筛选对于提高多元素分析准确度的价值。

内标法是激光诱导击穿光谱(LIBS)最常用的定量分析方法之一。 为了提高定量分析精度, 研究了谱线强度比的相对波动特性随分析线和内标线之间激发能级差(ΔE)和波长差(Δλ)变化的规律。 在局部热力学平衡条件下, 建立了考虑等离子体中某元素电子上能级跃迁到下能级产生原子发射谱线的激发能级差、 等离子体温度、 配分函数和离子密度等强度影响因素的数学模型, 对模型中激发能级差对谱线强度相对波动的影响进行了研究。 得到在-2 eV<ΔE<2 eV和等离子体温度范围在3 000～15 000 K条件下, 谱线强度随着ΔE和T变化的趋势: 随着ΔE变大, 谱线强度比呈上升, 在ΔE=2 eV, T=3 000 K时谱线强度比最大; 并且谱线强度比相对波动对ΔE和T敏感, ΔE趋近于零时相对波动变小, T对谱线强度比相对波动影响变化不大, 整体趋势平稳。 在T=10 000 K时, ΔE<0相对波动比ΔE>0时小, 因此理论上优先选择ΔE<0的谱线对。 通过理论分析得出|ΔE|越接近于零, 谱线强度比相对波动越小。 实验装置中采用工作波长1 064 nm, 脉冲能量85 mJ, 重复频率1 Hz, 脉冲宽度13 ns的Nd∶YAG脉冲激光诱导击穿样品; 采用工作波长200～975 nm, 光学分辨率优于0.05 nm的Andor公司Mechelle 5000光谱仪, 配合Andor New iStar型号ICCD采集光谱; 利用激光诱导铁基合金等离子体光谱进行验证。 实验中, 以Fe为内标元素, Cr和Mn为分析元素。 筛选NIST谱线库中跃迁概率在106以上的谱线, 并优先选择共振线能级差相近的非共振线进行对比分析。 结果表明, 选择激发能级相近或波长相近的谱线作为分析谱线的原则有一定的局限性。 对于Cr和Fe, |ΔE|在0.14和1.51 eV时得到的谱线强度相对标准偏差(RSD)分别为6.7%和4.6%, 其谱线强度比理论值和实际值之差分别为1.14和0.59; |Δλ|在11.7和50.8 nm时得到的RSD分别为6.3%和4.4%, 其谱线强度比理论值和实际值之差分别为1.69和0.62。 分析表明, 相比于波长差, 激发能级差对Cr/Mn相对波动影响较大。 分析元素Cr/Mn与内标元素Fe波长差绝对值不断增大, RSD反而不断减小; 在1.50 eV和90 nm较大约束范围内, |ΔE|大的谱线得到的谱线强度比相对波动相对较小, Cr和Fe的RSD最大相差为2.06%; |Δλ|大的谱线得到的谱线强度比相对波动相对较小, Cr和Fe的RSD最大相差为1.35%。 由以上实验结果得出, 在实际选择分析谱线时, 尽量选择激发能级和波长相近的谱线原则有一定的局限性。 |ΔE|或|Δλ|大的谱线得到的RSD较小, 选择谱线强度比理论值和实际值最接近的谱线可以作为谱线选择依据。 另外, 选择谱线强度比理论值和实际值最接近的谱线, 可以降低谱线强度比相对波动。

INCO713C是一种航空工业中常使用的镍基合金, 含有12种常量元素, 9种痕量元素,其成分较为复杂。采用激光诱导击穿光谱法对其进行分析时, 矩阵效应较为显著, 采用传统标定方法难以得到理想预测结果。文章提出了一种多元素修正内标法, 对镍基合金INCO713C中的Mn进行定量分析,与内标法、多谱线内标法、传统多元定标法进行对比, 建立的标定曲线的相关系数达到0.999, 对四个未知样品预测结果的相对标准偏差降低到了6.16%、5.49%、3.63%、2.00%, 均方根误差降低到4.3%、4.4%、2.9%、2.6%, 证明了多元素修正内标法对于补偿镍基合金INCO713C中矩阵效应的影响具有一定的效果, 对于定量分析的精密度和准确性有一定提升。

为了改善激光诱导击穿光谱质量，使用具有时间分辨功能的光谱仪采集激光诱导钢靶等离子体光谱，研究了钢靶等离子体辐射光谱随延迟时间的变化特性。结果表明，光谱强度和背景强度随延时皆呈指数衰减，原子谱线强度在前4 μs内衰减更快但寿命较长，离子谱线存在寿命较短；采集延时对不同谱线的信噪比影响不同，Mn I 403.08 nm、Cr I 428.97 nm、Cr Ⅱ 458.82 nm、Fe I 430.79 nm和Fe Ⅱ 503.57 nm谱线得到的最佳延时分别为8,2,0,2,4 μs。采用双线法和Boltzmann曲线法计算等离子体温度、Saha-Boltzmann方程计算电子密度，验证了在0～10 μs范围内采集到的光谱信号满足局部热平衡状态。

通过抽运结构的优化设计，对YAG 晶体的轴向吸收系数非均匀特性进行了补偿，实现了直径15 mm Nd∶YAG晶体的轴向高均匀抽运。分析了轴向非均匀晶体吸收系数的影响，提出在控制抽运光中心波长的基础上，通过改变结构参数来补偿轴向吸收系数不均匀导致的抽运不均匀的方法。实验验证了轴向吸收系数为2.343~2.882 cm-1的Nd∶YAG 棒的均匀抽运优化方案。

报道了一个被动锁模线性腔皮秒光纤激光器，实验中利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)和光纤光栅构成了激光器的线性腔结构，利用SESAM实现了激光器的被动锁模，激光器内光纤结构采用保偏光纤实现了激光器的线性偏振态输出，研制光纤式SESAM实现了光纤激光器的全光纤密闭结构。得到的锁模脉冲的重复频率为40 MHz，脉冲宽度为25 ps，3 dB光谱宽度为0.12 nm，激光器锁模阈值输出功率为8 mW，可以实现稳定锁模的最大平均功率为19 mW。通过射频谱仪对锁模脉冲的检测可以证明锁模脉冲序列中没有掺杂调Q锁模。

为了对微纳加工工件进行三维形貌测量，建立了基于数字微镜的并行激光共焦显微检测系统。首先，利用衍射光学对数字微镜的夫琅禾费衍射模型进行了研究。接着，利用数字微镜实现扫描像素单元为2×2，周期为T=3的并行扫描模式。然后对三维图像重构算法和激光散斑匀化进行了分析。最后，利用该系统分别对镀膜平板、WSZ位置灵敏阳极探测器以及螺钉进行了三维测量。实验结果表明，在轴向平移台步距为10 nm的条件下，该系统能准确重构出样品三维形貌。该共焦显微检测方法能大大提高共焦扫描速度，能很好地满足一般工业检测需求，本文为并行共焦检测技术提供了一条新的研究和应用方法。