针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题，设计了一种光斑可调的信号合束器，首次以50 μm/70 μm/600 μm/620 μm/660 μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤，基于光束非相干合成技术，通过RSoft软件对合束器进行了模拟仿真，分析了其模场变化情况，设计的合束器满足绝热拉锥以及亮度守恒两个原则，调控拉锥比（TR）使其可以实现中心和外环独立工作。采用套管法将7根25 μm/250 μm光纤耦合到一起形成熔锥光纤束，再将其与输出光纤进行熔接，制成了高功率大芯径环形光斑可调信号合束器。此光纤合束器的传输效率≥98%，中心光束质量因子（M²）仅为1.76，此时中心端口输出功率为3.036 kW。而后对合束器进行了耐环境测试，合束器在低温与高温下表现出的传输特性良好。将该光斑可调的环形光斑信号合束器应用到激光器中，通过调节中心和外环激光功率，可以在任何温度环境下实现超高速焊接，为激光复合焊接提供了一种新途径。

针对光纤传像束成像系统采集图像中存在的蜂窝效应伪影，通过分析蜂窝效应伪影产生机理及其相关特性，提出一种能够有效修复蜂窝效应伪影的方法。根据蜂窝效应伪影在图像中的分布特点，使用拆分法将原图拆分成多个子图，减小蜂窝效应伪影在图像中的宽度。然后使用一定大小的滑动窗口修复蜂窝效应伪影，在滑动窗口内，根据设计的自适应阈值机制，筛选出位于蜂窝效应伪影区域的像元，并计算该像元与窗口内像素值最大像元的像素值差值及欧氏距离，进而得到自适应补偿系数修复该像元，以滑动窗口遍历子图像完成对子图的全局修复。最后利用修复后的各子图完成重构，恢复成原始图像的尺寸。实验结果表明，与多种蜂窝效应伪影修复算法相比，所提方法在客观评价指标上有更好的表现，能更好地修复图像中的蜂窝效应伪影。

石英光纤传像束在医疗诊断、工业设备探伤、电力设施监测、大视场成像等领域具有重要应用。本文利用溶胶凝胶法在像元单丝间隙中引入吸收剂，解决了传像束光串扰难题。采用一次复丝工艺，制备出外径为600 μm、像元为15 000的石英光纤传像束，像元单丝直径约4.4 μm，分辨率约为113 lp/mm。结果表明，传像束无暗丝、断丝，成像清晰，无畸变，达到了商品化使用需求。

The limited penetration of photons in biological tissue restricts the deep-tissue detection and imaging application. The micro-scale spatially offset Raman spectroscopy (micro-SORS) with an optical fiber probe, colleting photons from deeper regions by offsetting the position of laser excitation from the collection optics in a range of hundreds of microns, shows great potential to be integrated with endoscopy for inside-body noninvasive detection by circumventing this restriction, particularly with the combination of surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). However, a detailed tissue penetration study of micro-SORS in combination with SERS is still lacking. Herein, we compared the signal decay of enhanced Raman nanotags through the tissue phantom of agarose gel and the biological tissue of porcine muscle in the near-infrared (NIR) region using a portable Raman spectrometer with a micro-SORS probe (2.1 mm in diameter) and a conventional hand-held probe (9.7mm in diameter). Two kinds of Raman nanotags were prepared from gold nanorods decorated with the nonresonant (4-nitrobenzenethiol) or resonant Raman reporter molecules (IR-780 iodide). The SERS measurements show that the penetration depths of two Raman nanotags are both over 2 cm in agarose gel and 3 mm in porcine muscle. The depth could be improved to over 4 cm in agarose gel and 5mm in porcine tissue when using the micro-SORS system. This demonstrates the superiority of optical-fiber micro-SORS system over the conventional Raman detection for the detection of nanotags in deeper layers in the turbid medium and biological tissue, offering the possibility of combining the micro-SORS technique with SERS for noninvasive in vivo endoscopy-integrated clinical application.

提出了一种基于阵列透镜和渐变多模光纤集束的调频脉冲测试方法,该方法通过渐变折射率多模光纤提供较大的接收孔径,通过子孔径拼接方式取样降低取样光斑在光纤端面的漂移,两者相结合可实现光束近场能量到光纤集束的高效稳定耦合。该方法中的渐变多模光纤集束可携带更多的取样光能量,有利于脉冲的高对比度测量。实验结果表明,本技术方案能够实现调频脉冲光束整体时间特性的保真测量,测量对比度可达630∶1。

研究了以大功率发光二极管(LED)作为光源的聚合物光纤束(POFB)透镜耦合器的原理和设计方法,基于能量补偿和坐标迭代法设计了一种能量均匀分布自由曲面透镜耦合器。透镜耦合器由两个折射曲面和两个反射曲面以及一个环形柱透镜面组成,折射曲面将修正的朗伯型大功率LED光束中发散角度较小的光线均匀分配在POFB端面上;反射曲面将LED光束中发散角度较大的光线作为补偿光线进行能量重新分配以提高目标面的照度均匀性,并以光纤束端面的照度均匀性和有效光利用率为优化目标对透镜耦合器结构进行优化设计。光学仿真结果表明,当采用3535规格的LED作为光源时,设计的耦合器可使直径为0.5 mm的20×20根POFB端面照度均匀性达到92%,有效光利用率达到71%。

根据微型纤维软镜小尺寸、大视场的要求,分析其设计准则,采用“负-正”型反远距物镜作为初始结构,确定其为像方远心光学系统。通过理论计算和Zemax光学仿真软件的不断优化,最终设计出了一个工作波段在0.48 μm ~0.65 μm,焦距为0.37 mm,全视场90°,相对孔径为1∶4的微型光纤传像束内窥镜物镜。该物镜由4片透镜组成,包括1片负透镜、1片正透镜和1片双胶合透镜。设计结果表明：镜头总长3.89 mm,最大横截面直径0.95 mm,满足像方远心光学系统的初始设计要求,在奈奎斯特空间频率77 lp/mm处的调制传递函数(MTF)近似为0.7,接近衍射极限,并且具有小尺寸、大视场、像质优良、结构合理、像面光照强度均匀等特点,符合微型纤维式内窥镜的使用条件。

讨论了红外光纤传像束的学术意义和制备工艺，制备了一种硫系玻璃红外光纤传像束并进行了专门的性能测试。选用As40S58Se2、As40S60作为芯棒和皮管玻璃组分，采用管棒法拉制成纤，利用人机结合的排丝工艺制备出了单丝直径为50 μm，纤芯直径为40 μm，576元正方形排列的红外光纤传像束。搭建了相应的实验测试平台， 对光纤束排列规则度、断丝率、光学效率及传像束引起系统调制传递函数（MTF）下降量等指标进行了测试。测试表明，传像束断丝率为2.7%，衰减损耗低于0.5 dB/m，光学效率约为31%，在红外光纤传像系统中光纤传像束引起的MTF下降量小于10%。最后，利用研制的红外传像束完成了红外成像实验，结果表明，红外光纤传像束能够实现良好的红外成像。

Pumping combiner is a kernel component of high power fiber laser (HPFL). We demonstrate two types of tapered fiber bundle (TFB) end-pumping combiner able to combining multi-kilowatts of pumping laser. After the experimental test of coupling performance, the 3_1 coupler is proved to have a power handling capacity of 2.11 kW with a coupling efficiency of 95.1%, and the 7_1 coupler is capable of handling pumping power of 4.72 kW with a coupling efficiency of 99.4%. These two coupler have obtained the ability to be used in laser diodes (LDs) direct beam combining and the pumping coupling of multikilowatts level fiber lasers.

基于神光Ⅲ原型激光装置上建成的近背向散射诊断系统，设计了一种可探测近背向散射能量空间分布的时间过程的采集方法,并通过静态实验对该方法的可行性进行了验证。结果表明：通过一维转二维传像束，将二维图像记录成一维信息，然后通过数据后处理还原成二维图像信息的方法可以实现能量空间分布的时间分辨测量。将该方法用于近背向散射光诊断系统，可以得到近背向散射光能量空间分布随时间变化的信息，为深入分析激光等离子体相互作用实验中近背向散射光构成及变化过程提供重要数据。