针对基于航空和航天平台的激光雷达对2 μm波段激光源的特殊需求,设计一种声光调Q、传导冷却(Tm, Ho)∶YLF晶体和波长为2051 nm的激光器。在4腔镜8字形环形谐振腔结构中,采用自主设计的侧面抽运楔形镜波导光学耦合系统实现均匀抽运(Tm, Ho)∶YLF晶体,从而实现高光束质量、百纳秒脉宽和2051 nm波长的调Q脉冲激光的稳定输出。当激光器的输出重复频率为1 Hz时,最高单脉冲能量达到141 mJ,脉冲宽度约为103 ns,此时光-光转换效率达到4.3%,实验测得光束质量因子在x和y方向上分别为1.22和1.08。

为了使光纤激光器能高效率地抽运、完成大功率激光的输出,一般通过双透镜组将抽运源耦合进有源掺杂光纤。 而为了进一步提高抽运效率、简化耦合系统,可以用复合抛物面聚光器来取代双透镜组。复合抛物面聚光器可以将最大接收角范围内的光全部会聚到其出射面, 并且大部分能量都集中在有源掺杂光纤的数值空间范围内,因此具有很高的耦合效率。此外,复合抛物面聚光器还具有结构简单、尺寸较小、与抽运光源的对接简 单等优点。仿真研究证实了复合抛物面聚光器比双透镜组的耦合效率更高,非常适用于光纤激光器的抽运光注入实验,为生成大功率激光器提供了条件。

利用LD直接端面泵浦技术实现的固体激光器，能很好地适用于复杂的机载环境，在工程应用上具有重要的研究价值，研究高效率LD直接端面泵浦技术的设计方法，能获得高光光转化效率的静态激光输出，对后续实现高能量的LD端泵激光光源具有重要的指导意义。针对一种纵向均匀排布的20 Bar LD阵列，利用ZEMAX软件仿真并设计了两种四棱柱光学耦合系统，将端泵阵列的泵浦光通过耦合系统聚焦至工作物质内，两种耦合系统的光束焦点位置各不相同，通过改变聚焦焦点的位置，研究了不同状态下激光能量输出情况。经实验结果可知，针对此平-平腔构型，工作物质（1at%）4 mm×4 mm×10 mm的结构尺寸下，设计泵浦光均匀照射工作物质前端面，焦点距离工作物质前端面为5.5 mm，此时，泵浦光与振荡光的模式匹配程度最高，在此状态下LD直接端面泵浦固体激光器的最大光光转化效率能高达40%。

介绍了一种用于大科学工程装置中国散裂中子源（CSNS）功率升级的RF负氢离子源大功率射频功率耦合系统的研制。主要内容包括射频功率耦合系统的构造, 指标计算分配以及具体实现, 重点阐述了射频功率放大器、隔离变压器、阻抗变压调谐器以及配套的电源、控制和冷却系统的设计, 并对整个系统的结构和热设计提出了工程解决方法。针对离子源功率耦合系统的特点作了细致的分析, 并以此为基础, 研制出了一款输出功率达80 kW的射频功率耦合系统产品。

针对深耦合系统误差监测的需求, 根据深耦合系统中观测量的统计特性, 提出了基于PCA的深耦合误差监测方法, 该方法采用正常观测数据构建PCA模型, 再利用该模型的参数实时监控深耦合系统中的观测数据, 使用该方法检测与消除深耦合系统中的误差, 同时运用小波降噪提升误差检测的性能。最后通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。

为实现"翱翔之星"立方星在轨可靠分离, 达到初始分离速度和姿态的要求, 设计了立方星星箭分离机构运动系统并进行了实验验证。提出了一种利用分离弹簧推动立方星打开舱门, 并采用弹簧销轴完成舱门锁定的运动系统结构方案。首先, 基于能量守恒定理确定了分离弹簧的结构参数; 其次, 建立了星箭分离过程中立方星与舱门的运动耦合系统动力学模型, 并利用MATLAB软件进行了数值仿真; 最后, 对星箭分离机构样机进行了地面分离试验。实验结果显示, 实际分离过程与数值仿真结果基本一致, 实现了立方星无干涉分离及舱门的可靠锁定。该星箭分离机构成功实现了"翱翔之星"立方星的在轨分离, 卫星下传数据表明其初始分离速度为1.08 m/s, 三轴角速度均小于2(°)/s, 完全满足立方星初始分离速度和姿态的要求,可为后续立方星星箭分离机构的标准化设计提供参考。

两种半导体耦合能够形成异质结而使系统的电荷分离效率得到提高, 扩展对光谱吸收范围, 以便提高其光催化性能。 半导体耦合在制备过程中容易受到制备方法、 反应温度等影响, 引起耦合半导体晶体结构和表面性质发生变化, 从而使得其光催化量子效率增大。 主要从以下三个方面进行了论述, (1) 卤氧化铋-氧化物偶合体系, 将半导体材料与BiOX进行复合, 能够形成高效异质结型结构能提高光催化降解污染物光催化性能; (2)AgX-BiOX偶合体系, 与纯净的AgI或BiOI相比, 复合光催化材料AgI/BiOI在可见光下具有更高的光催化反应活性。 （3）卤氧化铋与其它化合物偶合体系, Bi2S3与BiOX进行偶合后, 光生电子在两种催化剂中进行迁移, 提高了电子与空穴分离效率, 因而偶合物的光催化性能得到提高。 另外, 本文综述了近年来国内外半导体耦合制备方法、 影响其光催化性能的因素、 提高可见光利用效率的最新研究进展, 并提出在半导体耦合研究中所要解决的主要问题及今后努力方向。

激光二极管阵列(LDA)的出射光束空间分布不均匀，发散角大，难以直接用于端面抽运的固体激光器中，需要对LDA输出光束进行整形耦合。用Zemax光学设计软件设计出一款适合端面抽运全固态激光器的耦合系统,该耦合系统由快轴准直镜与透镜导管组成。着重研究了透镜导管的耦合效率与透镜导管特征参数之间的关系，并通过光线追迹得出最佳耦合系统参数。设计的透镜导管长22 mm，输入面尺寸为12 mm(快轴)×9 mm(慢轴)，输出面尺寸为3.5 mm×3.5 mm，输入端球面曲率半径为14 mm。该系统耦合效率可达90.7%，距输出端1 mm处的光束发散角为0.38 mrad(快轴)与0.02 mrad(慢轴)，可使抽运光和固体激光器振荡光达到良好的光束匹配效果。

为了减少光刻机双工件台换台的时间, 保证宏动系统与微动台的可靠连接, 设计了一种双工件台快速宏微交接系统。基于柔性杠杆机构设计系统的快速抓卡装置以保证结构的紧凑性, 并对其锁紧力进行了分析; 设计的抓卡装置中的柔性机构包括柔性杠杆及下夹板回复单元, 采用有限元方法对其进行了分析。设计了快速抓卡装置的充放气回路; 为了保证抓卡装置锁紧时的速度和安全性, 气动系统可实现抓卡装置锁紧的3个动态过程, 从而完成抓紧装置的缓冲锁紧。最后, 搭建了抓卡装置下夹板运动测量实验平台和锁紧力测量实验平台。实验结果表明: 抓卡装置下夹板的运动行程大于2 mm, 能够保证宏动系统和微动台交接过程的安全性。抓卡装置的开启时间为350 ms, 快速缓冲锁紧时间为850 ms, 可承载的X向驱动力大于700 N。该系统满足双工件台工作及换台过程对可靠性和快速性的要求。