因磁光开关的开关速度快、可靠性高、串扰小等特点，提出一种基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达。分析了基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达的成像原理，实验测试影响激光雷达性能的磁光开关相关性能参数，包括延迟时间、开关上升沿时间、插入损耗、回波损耗。随后，基于1×8光纤磁光开关搭建了时分复用全固态激光雷达实验系统，通过磁光开关将光路切换到二维光束阵列不同位置的光纤通道中，基于飞行时间（ToF）测距技术实现了激光雷达的快速三维成像。最终，通过对空间目标构建三维点云图，验证了该雷达系统的全固态三维成像能力，实现了510.3 Hz的扫描频率和0.36°的角度分辨率，并通过微平移台可将角度分辨率提高到0.18°。与micro-electro-mechanical system（MEMS）和光学相控阵的光束成像技术相比，所设计的技术方案具有成本低、能量利用率高和光束质量高等优点。

定量分析光纤阵列位移及指向扰动偏差对合束激光光束质量因子M²的影响规律是实现合束激光光束质量有效控制的前提。根据衍射积分推导了紧凑型光谱组束系统中光纤阵列存在不同位移、指向扰动时合束激光的远场光强分布，利用Heisenberg不确定性原理推导出了合束激光光束质量因子M²的表达式。在恒定的子束数目下，分析了单路/多路光束分别存在位移、指向扰动偏差时合束激光光束质量因子M²的变化情况，并在一定的随机位移、指向扰动偏差下对不同子束数量的合束激光的光束质量因子M²进行了误差分析。结果显示：合束激光光束质量因子M²对沿光纤端面水平（x轴）方向的扰动量最为敏感，需要控制在微米量级；确定了光纤阵列的不同扰动量与合束激光光束质量因子M²之间的定量关系，给出了光纤阵列位移、指向精度控制要求；当参与合束的子束数量超过23束时，在特定的随机扰动量下，合束激光的光束质量因子M²的统计均值分别趋向各自的稳定值1.37、1.34、1.25，而标准差分别趋于0.05、0.06、0.04。

设计了一种基于鱼眼镜头的高效率光纤阵列耦合系统, 并将其应用于多点光子多普勒测速仪, 可以在爆轰物理、冲击波物理和强激光等众多领域中开展多点测速。为满足大范围的空间光进行聚焦, 设计了一款视场角为120°的大视场高分辨率低畸变的鱼眼镜头, 再将光纤端面整体抛光8°角度进行阵列排布后与鱼眼镜头耦合, 通过采用高精度机械零件及定心装调进行准确定位, 使光纤阵列的中心与鱼眼镜头焦面重合, 实现鱼眼镜头与光纤阵列的精密机械耦合。最后对所涉及的光纤机械耦合型鱼眼镜头组件的回波损耗进行了实际测量和讨论, 经过验证该组件的37根光纤束每根的回波损耗大于55dB, 符合设计指标要求。

为了克服指向光源裸眼三维显示器光源结构复杂的问题,研究了一种侧面发光塑料光纤(POF)阵列背光源的设计和制作方法。通过分析侧面发光POF阵列和柱面微透镜阵列组成的定向成像光路,得到了侧面发光POF阵列的排布公式。实验制作了一种用于指向光源的侧面发光POF阵列,测量了指向光源的串扰度。结果表明,在设计的视区最佳距离530 mm处,横向-200~200 mm区域内的最低串扰度可达1%以下。最后分析了柱面透镜像差、POF阵列光纤错位和视区视角增大对POF阵列指向光源串扰度的影响。

针对脆性石英玻璃的微加工, 利用自主研发的金刚石砂轮微尖端修整工艺, 研发了光纤阵列石英玻璃微V槽磨削技术。分析了60°的微V槽形状偏差对光纤耦合损耗的影响, 然后, 研究了砂轮微尖端的误差补偿修整工艺。最后, 实验分析了微V槽的磨削精度。理论分析显示: 微V槽角度、间距和宽度的偏差分别控制在±0.42°、±1.04 μm和±1.2 μm以内时, 耦合损耗小于0.5 dB。实验结果表明: 开发的数控磨削工艺可加工高精度的60°微V槽阵列; 采用数控轨迹和角度补偿修整后, 砂轮微尖端半径可平均达到10.46 μm, 角度精度为(60±0.22)°; 对石英玻璃进行微磨削后, 微V槽的角度偏差达到0.4°, 尖端半径为10.5 μm, 宽度偏差为0.3 μm, 间距偏差为0.5 μm, 可保证光纤阵列的精密对接。

设计了一套用于同轴多间隙气体开关导通起始时间诊断的光纤探针阵列测试系统，其由光纤阵列与多通道快响应光电转换仪两部分组成，系统同步时间小于1 ns。使用该套系统同时对100 kALTD模块所有并联支路的10只开关的放电过程进行了测试，获得了开关导通起始时间及模块的输出电流波形。实验结果表明：开关工作欠压比为85%时，时间抖动不超过6.9 ns，负载波形重复一致性较好；开关工作欠压比降至53%时，时间抖动急剧增加至117.7 ns，负载波形重复一致性显著恶化。同时将光纤测试系统获得的各个开关导通起始时间带入Pspice电路模型进行模拟反演，结果表明，模拟结果与实验得到的模块输出电流波形吻合较好，证明了测试系统的准确性。