为降低导光镜镜面热变形, 采用有限体积法求解三维湍流传热方程, 获得了镜面激光辐照区的温度场。文中主要讨论了激光功率、辐照时间、冷却液流速、镜体材料、流道与镜面距离等因素对镜面温度场的影响, 并以辐照区平均温度和标准温度偏差作为主要指标进行冷却效果评价。结果表明, 激光功率越大, 各个方向上的温度越大; 激光辐照发生的初始阶段温升增加较快, 后期趋于平缓; 流速越大, 平均温度越低, 标准温度偏差越小; 镜体材料的性质对温度场也有不同影响; 流道与镜面距离对铜镜的温度场影响不大。

为了提高低照度遥感图像的可视性, 提出了利用改进的多尺度Retinex算法与局部对比度自适应调整相结合的方法来改善图像质量。首先, 把原始图像变换到HSI色彩空间, 有效分离H、S、I分量; 然后, 然后在保持色调分量H不变的前提下, 对亮度分量I利用改进的多尺度Retinex算法进行处理, 对整幅图像进行亮度和对比度的初步调整, 通过使用Sigmoid函数替换多尺度Retinex算法中的对数函数来减少数据丢失; 为了使局部细节信息得到更好的改善, 在利用改进的多尺度Retinex算法处理后进行自适应局部对比度增强, 提高图像局部对比度; 对饱和度分量S采用分段线性增强的方法进行处理; 最后, 将处理后的图像变换回到RGB空间。实验结果表明: 图像信息熵由5.79提高至6.65; 图像感兴趣区域的局部对比度由0.695提高至0.701, 图像质量以及利用价值得到了提升。

激光发射系统中激光与经纬仪高精准对接保证了激光的高精度定向发射, 针对激光器与经纬仪机下对接方式, 从理论上建立整体坐标系下基于库德光路传导激光的库德镜空间归一化模型, 精确标定激光在各库德镜空间中的位置及其变化, 通过该模型提出内场分级、外场秒级的激光与经纬仪高精准对接技术, 结合某长波激光发射系统进行实验验证, 可实现激光与经纬仪2″以内高效精准对接, 从工程上验证了该技术的正确性和实用性, 为该类型激光对接提供了技术支撑。

采用有限体积方法,研究了矩形内通道直角弯道流场及压力损失系数,主要分析通道尺寸、冷却液流速、冷却液浓度等因素对局部流场和压力损失系数的影响规律。结果表明:压力损失系数随流道宽度a和流道高度b的增大而逐渐减小,随流道间距e先下降后略微上升;弯道宽度c的变化会引起弯道局部流场和压力损失系数发生变化;液流流速越大,压力损失系数越小;冷却液浓度越大,压力损失系数越大。

为满足大功率激光发射的要求，提出研制一种基于卡塞格林系统的大口径激光发射的复合式无遮拦激光扩束器，消除卡塞格林系统中心遮拦，提高激光发射效率。依据卡塞格林系统原理及其结构特征，结合伽利略折射式扩束器的特点，设计一种发射口径为550 mm的复合式无遮拦激光扩束器，采用反射式扩束器和折射式扩束器结合的方式，在卡塞格林次镜中心开通孔，使中心被遮拦激光透过。后接伽利略式折射扩束器，对中心透过光束进行扩束，两光束共轴发射。对设计的新型复合扩束器进行激光透过率实验，实验结果表明，对于波长106 μm激光，透过率大于9521%，比传统卡塞格林扩束器提高2212%。

为降低导光镜面激光辐照区的温度梯度, 利用有限体积法求解三维湍流传热方程, 得到激光辐照区温度场分布, 研究了矩形流道尺寸参数、冷却液的浓度与流速等因素对导光镜面平均温升和温升差的影响, 并设计了双流道结构。结果表明, 对于单流道, 镜面辐照区温度场不随其几何中心呈对称分布, 最高温度点位于流道下游; 增大流道截面尺寸和冷却液流速可以提高换热效果; 流道不同面之间的温度分布并不相同; 乙二醇冷却液浓度越高, 换热效果越差; 相比于单流道结构, 双流道结构的平均温升降低幅度最大可达17.79%, 温升差降低幅度最大可达67.97%。

军用光电仪器由于移动灵活的需要, 通常采用车载平台, 车载平台又会承载发射和接受光路, 因此会包含多个激光器和光学元件。这就造成以往固定平台的光路平行性检测方法需要进行一定的升级以适应车载平台的需要。为了实现光电干扰功能, 车载平台同时配备了对应谱段的多台激光器, 还有多谱段的成像系统以及测距装置, 对于发射光路和接收光路的平行性要求就更为复杂, 因此本文根据车载光电平台的特点, 提出了一整套的光路平行性检测方法。检测结果表明, 此套方法简单实用, 检测精度可达15 μrad以内。

针对大口径宽波段激光发射通道密封防护较难的问题，提出了正压净化通风密封方法。该方法利用送入内通道的干燥洁净的净化气流，排出原有空气并充满内通道，基于正压原理阻挡外界空气和微粒，实现发射通道的密封。借助计算流体力学软件Fluent对激光发射内通道的正压通风流场进行了连续相和离散相的数值模拟，发现正压通风方法形成的正压净化气流不仅可以阻挡外界空气，而且在小于4.71E^-3 kg/m³的颗粒浓度范围内，净化气流对空气中各种粒径的尘埃颗粒也起到很大阻挡作用。另外，通过分析流场的气体折射率的非均匀分布发现，对于0.8~10.6 μm波段范围的激光，正压通风引起的光程差约为0.32 μm。正压通风实验的测量结果显示，颗粒浓度与仿真曲线变化趋势基本一致，证明了正压通风方法的有效性。

提出利用镀膜合束的方法对三路光束进行合束用于高功率红外激光合束系统设计。考虑系统中关键元件使用的红外材料ZnSe易受热效应影响, 采用光机热耦合分析方法, 研究了在温度边界条件固定时, 各波段激光所产生的耦合热效应对各路激光波前畸变的影响, 同时定性分析了系统中存在的激光偏置热效应。研究结果显示, 系统中各波段的激光波前畸变均方根值(RMS)均满足设计要求(各波段波前畸变小于λ/8); 激光偏置造成的波面高频成分增大了长波激光波前畸变量, 但高频成分对系统波前畸变影响依然满足要求; 轴向温差可在35 s达到平衡, 对光束波前造成主要影响的是各块镜片的面型畸变。根据分析结果搭建了实验平台, 利用系统中短波400 W激光进行实验, 采集了该条件下的面型并与仿真结果进行了对比, 实验结果验证了该分析方法计算结果的准确性。

针对大口径宽波段高能激光发射系统内通道的防尘除湿问题, 提出了内通道正压通风密封方法。该方法利用净化后的干燥洁净空气排出原有的空气, 并在发射端口形成正压气流阻挡外界空气向内通道扩散, 从而达到密封防护的目的。借助计算流体力学软件Fluent对发射系统内通道的正压通风流场进行了数值模拟和分析研究, 研究显示洁净气流在发射端口处产生一定的风速和压差, 从而形成了内部正压抵挡通道外空气的回流。对于10.6 μm的长波激光, 根据压力变化估计了通道内的折射率变化在10-7量级, 引起的光程差约为1 μm。最后, 通过实验验证了仿真结果。结果表明: 监测面的速度值比仿真结果稍大, 但是速度变化基本相同, 而且洁净气流在监测面保持有0.64 m/s的正压速度, 洁净空气的相对湿度从59%降至了29%, 基本达到了正压通风系统防尘除湿的密封设计要求。