为突破传统光纤激光器因增益介质为稀土掺杂光纤，辐射波长相对固定的困境，由于量子点尺寸依赖的辐射波长，本文提出全正常色散锁模PbSe量子点光纤激光器，通过数值计算得到了1.7 μm稳定的耗散孤子锁模，并系统地数值研究了使用该激光器输出耗散孤子的启动动力学、谐振腔内激光的演化和激光器的稳态输出特性，探索了增益光纤的长度和浓度、谐振腔的长度对输出特性的影响。当泵浦功率为0.1 W时，最佳的增益光纤长度为0.3 m，掺杂浓度为12×10²¹ m^-3，此时的脉冲宽度为7.59 ps，光谱的宽度为13.77 nm，耗散孤子在单模光纤长度为2~7 m范围内保持稳定。当被动光纤长度为0.1 m时，激光器输出了22个峰、包络宽度为22.33 nm的多波长激光，光谱覆盖了1678~1724 nm，此时时域中观察到一对间隔为4 ps、单脉冲宽度为0.92 ps的孤子对。该研究结果对超快量子点光纤激光器的建立和优化提供了理论指导，为特殊波长超快光纤激光提供了新的选择。

牙菌斑是造成龋病及牙周病的主要因素之一, 通过检测牙齿表面牙菌斑含量多少能在一定程度上了解牙齿健康程度, 对口腔健康的维护有重要意义。 利用牙菌斑与牙齿组织自体荧光光谱的差异性, 本文设计了一套便携式的基于自体荧光成像的检测系统。 (1)该系统以中心波长为405 nm的LED作为激发光源, 辅以中心波长520 nm的长波通滤光片提高系统信噪比, CCD作为感光器件； 系统采集荧光图像后, 根据成像结果分析牙面上牙菌斑含量。 (2)设计了验证实验采集受试者牙齿图像, 并以牙菌斑百分比作为量化牙菌斑多少的指标。 实验结果表明荧光图像菌斑百分比与Turesky改良的Quigley-Hein菌斑指数的Spearman等级相关系数为0944, 牙齿荧光图像牙菌斑百分比与染色图像牙菌斑百分比的Pearson相关系数为0875。 由此可见, 文中的检测系统具有较好的准确性, 而且因为采用光学检测方法, 具有非侵入性且可重复性, 所以它有广阔的临床应用前景, 有望成为家用口腔健康的检查手段。

以一个增益调制的分布式布喇格反射结构的半导体激光器为种子源，设计了一个高功率皮秒脉冲簇输出的线偏振掺镱光纤激光器. 种子源输出脉冲宽度200 ps，重复频率350 MHz. 在预放大中插入一个基于一级衍射透过的声光调制器实现了皮秒脉冲簇形式的激光输出，脉冲簇的重复频率在10～500 kHz范围可调. 皮秒脉冲簇激光通过一个基于大模场面积保偏Yb光纤的功率放大级，获得了高功率线偏振激光输出，平均功率83 W，偏振消光比优于15 dB.当脉冲簇重复频率固定在100 kHz，脉冲簇中同时存在350个子脉冲时，获得峰值功率12 kW的皮秒激光输出. 与传统连续脉冲输出的激光器相比，该系统能够实现脉冲簇的输出，有利于峰值功率的进一步提高，可应用于激光微加工领域.

本文基于牙菌斑与牙齿组织自体荧光光谱的差异性, 提出了一种利用自体荧光成像的牙菌斑量化分析方法。首先测试了牙齿样品在 405 nm激发光作用下自体荧光光谱分布, 在分析荧光颜色参量与牙菌斑含量相关性的基础上, 提出以荧光图像的 R/B作为牙菌斑含量量化的参量, 并确定使用中心波长为 490 nm的长波通滤光片对荧光光谱波段进行选择性提取。最后, 搭建实验装置获取了牙齿自体荧光图像, 利用 R/B值作为分割阈值得到了三个不同等级的牙菌斑含量与分布的量化分析结果, 与视诊结果相符。

以牙本质为研究对象，提出一种各向异性生物组织光学散射特性的求解方法。从能量传输角度，引入扩散张量描述扩散方程，理论推导并结合各向同性立方体组织模型的光扩散规律，提出利用点光源入射规则切片产生的前向散射光能量分布的等高线椭圆长短轴之比来表示各向异性介质扩散张量的方法。实验测试了直径10 μm的点光源从两方向入射牙本质正方体切片前向散射光的能量分布图像，通过数据处理与分析，获得牙本质样本的扩散张量分量比值为DyyDzzDxx=7.491.31。最后，利用有限元数值方法求解正交各向异性扩散方程，获得前向散射光的能量分布，并与实验结果相对比，验证了结果的正确性。研究结果有助于加深对牙本质光学散射属性的了解，对基于光散射理论早期诊断龋病具有借鉴意义。

利用有限元数值方法对扩散方程进行求解, 将激发光场作为荧光传输扩散方程的光源, 获得了二维牙齿模型内部自体荧光光场的分布。讨论了牙釉质和牙本质不同散射系数时牙齿上表面的荧光能量分布。发现牙齿上表面荧光能量随牙釉质散射系数的增大而降低, 随牙本质散射系数的增大而增大。并对牙釉质和牙本质的散射系数的改变量对荧光能量的影响进行了定量分析, 结果表明βe=2.62, βd=0.0502, 牙釉质散射系数的改变对荧光能量的影响远远大于牙本质。利用Monte Carlo随机统计方法对牙齿组织自体荧光进行仿真, 发现与有限元结果吻合较好, 验证了有限元求解组织体荧光光场分布的正确性。

利用有限元方法对光在二维牙齿双层有限尺寸模型中传输的扩散方程进行求解，获取了光能在组织体内部的分布情况，并对牙釉质和牙本质在不同光学参量模型下的光学穿透深度进行仿真分析.结果发现，穿透深度随牙釉质散射系数的增大而减小，随牙本质的散射系数增大而增大.但牙釉质的穿透深度随散射系数的变化率(βe=0.007 97)要远远大于牙本质(βd=0.000 828).采用Monte Carlo随机统计方法验证了本文有限元求解扩散方程的正确性.

通过建立完整的病变牙齿模型和龋齿病变程度判据，利用蒙特卡罗仿真算法编程，完整模拟了牙齿组织中荧光的激发和传输过程，探讨了牙齿组织病变程度引起的光学参量变化与QLF荧光分布的关系.同时，利用Tracepro软件的荧光仿真功能验证了该过程的合理性.结果表明：随着龋齿部分病变程度增大，散射系数增大，吸收系数和荧光量子效率减小，健康组织和病变组织荧光分布差异增大.