Valley topological photonic crystals (TPCs), which are robust against local disorders and structural defects, have attracted great research interest, from theoretical verification to technical applications. However, previous works mostly focused on the robustness of topologically protected edge states and little attention was paid to the importance of the photonic bandgaps (PBGs), which hinders the implementation of various multifrequency functional topological photonic devices. Here, by systematically studying the relationship between the degree of symmetry breaking and the working bandwidth of the edge states, we present spoof surface plasmon polariton valley TPCs with broadband edge states and engineered PBGs, where the operation frequency is easy to adjust. Furthermore, by connecting valley TPCs operating at different frequencies, a broadband multifunctional frequency-dependent topological photonic device with selectively directional light transmission is fabricated and experimentally demonstrated, achieving the functions of wavelength division multiplexing and add–drop multiplexing. We provide an effective and insightful method for building multi-frequency topological photonic devices.

A 60-mW solid-state deep ultraviolet (DUV) laser at 193 nm with narrow linewidth is obtained with two stages of sum frequency generation in LBO crystals. The pump lasers, at 258 and 1553 nm, are derived from a homemade Yb-hybrid laser employing fourth-harmonic generation and Er-doped fiber laser, respectively. The Yb-hybrid laser, finally, is power scaling by a 2 mm × 2 mm × 30 mm Yb:YAG bulk crystal. Accompanied by the generated 220-mW DUV laser at 221 nm, the 193-nm laser delivers an average power of 60 mW with a pulse duration of 4.6 ns, a repetition rate of 6 kHz, and a linewidth of ∼640 MHz. To the best of our knowledge, this is the highest power of 193- and 221-nm laser generated by an LBO crystal ever reported as well as the narrowest linewidth of 193-nm laser by it. Remarkably, the conversion efficiency reaches 27% for 221 to 193 nm and 3% for 258 to 193 nm, which are the highest efficiency values reported to date. We demonstrate the huge potential of LBO crystals for producing hundreds of milliwatt or even watt level 193-nm laser, which also paves a brand-new way to generate other DUV laser wavelengths.

针对低轨卫星激光通信中空间碎片可能造成的星间链路中断问题，提出一种方向增强的链路状态路由算法。首先搭建了卫星通信的网络拓扑结构，对空间碎片的运动模型和卫星的运动模型进行联合建模仿真，得到卫星与碎片的相对位置并进行星间可见性分析，提出了方向影响因子和方向增强指数，结合星间链路距离及传输时延综合考虑链路代价，从而选择合适的传输路径方向，依次在每个卫星节点对间进行最小路径选择，并以路由跳数为评价指标。仿真结果表明，在有空间碎片存在的环境中，所提算法能够在不牺牲通信质量的前提下，实现路由跳数相比Dijkstra算法降低14%，传输时延相比Dijkstra算法减少17%。

2 μm激光属于人眼安全波段，具有高大气透过率和水吸收特性，能覆盖CO₂等温室气体的吸收峰，因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中，单纵模运转的全固态2 μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势，可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源，在工业、**和科研等领域具有重要意义。目前，实现2 μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。相比光参量技术，直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点，已成为2 μm全固态激光的主流方式。文中总结了常用的2 μm固体激光增益介质，分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点，综述了2 μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展，并对不同结构激光器的输出特性进行了比较，最后对2 μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。

结合理论求解、仿真分析与实验验证，确定了影响脉冲变压器型触发器输出前沿的主要因素，并研制了一台能可靠触发真空沿面闪络开关导通的快前沿固态触发器。研究结果表明：影响触发器输出脉冲前沿的关键因素为脉冲变压器漏感、匝数比和半导体开关开通速度；不同绕制方式的脉冲变压器漏感差异很大，最小漏感绕法的变压器漏感值低1个数量级；选用开通速度优于15 ns的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）、绕制低漏感（小于0.5 μH）的脉冲变压器，实现了前沿为20.4 ns（10%～90%）、幅值为16.5 kV的快前沿输出；控制SiC MOSFET的驱动脉宽在35～55 ns变化可以控制触发电流峰值在35～55 A范围内变化。

纳秒脉冲电场消融要求在100 Ω负载上产生数千伏的纳秒脉冲，加快脉冲前沿有利于获得更窄的纳秒脉冲。提出了一种具有快速前沿的固态Marx发生器，在每级电路中插入一个电感，并且让放电管和充电管同时导通数十纳秒，等放电管完全开通后，关断充电管，对负载进行放电，以消除放电管和放电回路杂散电感对脉冲前沿的限制，获得具有快前沿的高压脉冲。搭建了32级Marx样机，实验中通过调节直通时间，在100 Ω的低阻负载上获得了电压上升沿35 ns、脉宽800 ns、电流186 A的高压脉冲。对比并分析了充电管和放电管直通时间对上升沿的影响，发现直通时间越长，脉冲电流的前沿越快。输出端的峰值电流最大可达186 A。表明该脉冲电压源可以有效地提高电流的输出，提高系统带载能力。该方案相比于传统的改进方法，提高了系统抗干扰能力的同时，也减少了所使用开关管的数量，降低了脉冲电源的成本。

全固态单频连续波激光器因其噪声低、线宽窄、光束质量好、功率稳定性高等优点已经被广泛应用于产生非经典光场、冷原子物理研究、引力波探测等诸多领域。随着科学技术的不断发展，传统的全固态激光器的输出功率已经不能满足前沿领域的需求，因此亟需在保持全固态激光器整体性能的同时进一步提升激光器的输出功率。为此首先需要更高的泵浦功率，而这将使激光器内部增益提高，在腔内损耗不变的情况下，原非振荡模式也将满足起振条件，从而使激光器在跳模或多模状态下运转。此外，激光晶体的热效应和损伤阈值也限制了输出功率的提高。本文介绍了一种利用非线性损耗大幅度提升全固态单频连续波激光器的输出功率的技术和方法。通过在谐振腔中引入非线性损耗，使主模经受的非线性损耗是次模的一半。在模式竞争的作用下，谐振腔内的模式被更进一步的选择，从而允许全固态单频激光器在更高的增益下保持单纵模运转。通过在谐振腔内插入多块增益晶体可以有效缓解由于激光增益晶体热效应的限制，从而实现更高功率的单频激光输出。目前高功率全固态连续波激光器的输出功率已经达到了一百瓦的量级，且还在进一步提高。通过在谐振腔内引入非线性损耗，全固态单频连续波激光器的整体性能在得以保障和提高的同时，其应用范围也得到了进一步的推广。

利用量子信息论和数值计算方法, 对Pólya场态与玻色-爱因斯坦凝聚原子相互作用系统的量子态保真度演化问题进行了研究。讨论了玻色-爱因斯坦凝聚原子间的相互作用强度、Pólya场态概率参数和分布参数, 以及这些物理参数如何影响量子态保真度随时间的演化。研究结果表明: 上述三种物理参量均可调制信号传输中的量子态保真度, 其中光场概率参数η对量子态保真度的变化影响最大, 当 η=0.01时, 量子信息保真度的值非常接近信息理想传输的情形; 另一方面, 凝聚原子间的耦合强度越大, 量子态保真度呈现出的周期性振荡也越强, 但量子态保真度的取值范围不变。