飞秒激光三维光存储是实现高密度和超高密度光存储的重要方法之一。对一种新的微爆材料(以PMMA为基质掺杂Sm0.5Ce0.5(DBM)3Phen染料) 的吸收光谱进行了测量和分析, 以波长为514.5 nm的激光作为激光光源获得了激发前后的荧光光谱, 以800 nm飞秒激光作为激发光源得到激发前后的电子旋转共振光谱特性, 并分析了不同激光脉冲能量下存储数据点尺寸和存储点读出灰度值的变化情况, 并实现了该材料的飞秒激光四层光信息存储, 点间距为4 μm, 层间距为16 μm, 实验结果表明: 这种材料可以很好地应用于三维光信息存储。

为了实现以水凝胶为材料的细胞支架快速加工, 将计算全息法引入传统的飞秒激光双光子加工中, 并对全息图的生成方法和全息图对加工结构的影响进行了研究。首先, 根据贝塞尔光波动方程和其透射函数生成贝塞尔光束全息图, 分析两种参数对环形结构大小和质量的影响。然后利用生成的全息图加工得到壁厚800 nm、直径为8~15 μm不等的水凝胶（PEGDA）圆管结构。最后, 实现了基于圆管道的水凝胶细胞支架高效快速加工, 支架中圆管道壁厚800 nm、直径为8 μm。本文首次将飞秒激光全息加工技术应用于水凝胶三维支架加工, 解决了飞秒激光单点加工效率的问题。该技术在生物医学中具有广阔的应用前景。

搭建了能够在二维方向上实现纳米级定位的二维自动定位系统。首先, 加工了栅格间距为5 μm的64×64编码的透射式二维零位光栅; 然后, 分析设计了光栅系统光电转换电路和数据控制电路, 实现了系统数据采集、显示和运动控制等功能。在此基础上搭建了基于二维零位光栅的纳米定位系统, 并利用积分法实现了二维方向的自动定位。实验结果表明, 系统定位速度对透射光强分布具有很高的依赖性, 系统一次定位的成功率与初始位置密切相关。若起始位置在以零位为中心, 半径为2.5 μm圆形区域内, 系统可实现纳米量级定位对准; 当起始位置在以零位为中心, 5～200 μm为半径的圆环范围内, 自动定位可能存在盲点, 但通过改变初始位置重新进行搜索, 仍然能够准确地实现纳米定位。

为了实现三维光信息存储的实用化, 在三维光盘存储实验系统的基础上, 改进、设计出了一种可用于三维数据存储的单侧读写光学头。对光学头进行了光学和控制系统的设计, 利用专门设计的耦合分光棱镜进行光束耦合和分离; 采用双音圈电机控制透镜的方式实现数据的选层; 进行了聚焦伺服系统的建模和仿真。结果表明双光束焦点同步误差保持在±3μm之内。

采用四个不同偏振方向的线偏振和圆偏振态飞秒激光扫描处理金属铁表面来制备不同的彩色铁。从不同角度观察被处理区域时，线偏振扫描处理的彩色区域呈现不同的色彩,而圆偏振扫描处理的区域没有明显的颜色变化。扫描电子显微镜图片显示，线偏振激光扫描处理金属铁表面形成了nm量级的激光诱导周期表面结构，其方向始终与激光偏振方向垂直；圆偏振激光扫描处理金属铁表面形成的条纹结构不明显且有大量的纳米颗粒结构。

为了提高飞秒激光加工的效率和灵活性, 设计了一套飞秒激光全息并行加工系统, 并对该系统中加载计算全息图(CGH)生成的多焦点均一性和空间位置分布的关系进行了研究。首先, 将空间光调制器(SLM)引入飞秒激光加工光路; 然后, 采用GS(Gerchberg-Saxton)算法设计了直线型和三角型分布的三焦点阵列。最后, 通过数值仿真和实验研究比较了用两种不同空间分布的焦点列阵设计的全息图对均一性的影响。 结果表明, 在焦点阵列间距较小的情况下, 直线型分布设计的焦点阵列不易获得好的均一性, 三焦点U仅有79%; 而用三角型分布焦点阵列设计时, 可以获得很好的均一性, 三焦点U约等于100%。实验数据表明, 三角形分布的三焦点可以实现高质量的并行加工, 加工的半球状微结构阵列具有微透镜阵列的功能。

近年来，军用和民用市场的广阔应用需求和独特的优势促进了四旋翼飞行器(Quadrotor Helicopter)的发展。根据自主设计制作的样机，建立了四旋翼飞行器的动力学和动力系统动力学模型，并把卡尔曼滤波器应用于姿态解算，PID控制器用于姿态控制。仿真和试飞结果表明，所提出的控制策略是可行的，验证了动态模型建立的有效性。

设计并合成了3种具有较高双光子吸收截面的新型二苯乙烯衍生物双光子生色团，利用在飞秒激光下的双光子漂白现象，在掺杂有3种二苯乙烯衍生物的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜内进行了三维数据光存储实验，研究了三者的双光子漂白能力并分析了激发功率对双光子荧光行为的影响。双光子漂白光存储的特性表明：曝光时间一定时，降低激发功率可以提高分辨率；激发功率不变，降低曝光时间也可以提高分辨率；但要提高存储速度，需用较大的激发功率。采用较大的激发功率（13.4 mW）和较短的曝光时间（20 ms），利用双光子写入和读出方法在掺杂薄膜内部实现了三维超高密度光存储，理论存储密度可达14 Gbit/cm3。双光子漂白速率对激发功率的依赖关系的研究表明，双光子漂白的机理涉及到三个光子的协同作用。

针对三维光存储串行写入方式存储速度慢、效率低的缺点, 设计了一种飞秒激光并行存储光学系统。该系统以 TI公司的数字微镜器件作为空间光调制器, 对入射飞秒激光进行调制, 并利用微透镜阵列对调制后光束进行分束聚焦, 从而产生可控的多焦点阵列, 实现可控性强、灵活性好的并行加工。本文利用 ZEMAX和 Matlab对 DMD进行了仿真建模, 并根据已有飞秒激光三维光存储系统参数设计出适合本系统的微透镜阵列, 最后对整个系统进行了仿真, 给出了初步的仿真结果。从仿真结果可以看出, 该系统可以实现具有光开关的存储信息的并行写入。

采用脉宽为35~65 fs,中心波长为800 nm的飞秒脉冲激光对经抛光的镍片进行表面扫描处理，并在金属表面上制备了彩色镍图案; 设置不同的激光扫描速度和能量密度扫描处理不锈钢表面，亦制备了彩色图案。介绍了实验过程，分析了实验结果，扫描电子显微镜（SEM)形貌分析显示，经过飞秒激光扫描处理的金属表面出现了纳米量级的激光诱导周期表面结构（NC-LIPSS），在镍上形成的结构周期约为480~510 nm，在不锈钢上形成的结构周期约为480~540 nm。