激光陀螺是一种基于Sagnac效应的高精度、高可靠性的角速度传感器。以激光陀螺为核心部件的激光陀螺惯性导航系统是目前市场占比最高的惯性导航系统，激光陀螺及其惯性导航系统的研究关乎社会生活及安全。首先，本文阐明了激光陀螺及其惯性导航系统的基本原理，回顾了激光陀螺惯性导航系统的发展进程，介绍了近年来国内外有代表性的激光陀螺惯性导航系统的型号。然后，归纳总结了长航时激光陀螺惯性导航系统的关键技术，梳理了误差标定技术、初始对准技术、旋转调制技术、高可靠性容错技术、地球物理场补偿技术的研究现状。最后，总结展望了长航时激光陀螺惯性导航系统关键技术的发展趋势。

根据全反射棱镜式环形激光器(TRPRL)的矩阵光学理论和环形He-Ne激光器内环形激光的工作理论,研究了TRPRL的激光模式选择技术方法,可令环形激光器内的顺时针和逆时针两个方向上的激光工作在单谱线、单横模、单纵模的状态,从而在环形激光器内形成稳定的驻波,输出到光电探测器上稳定的干涉条纹信号波形。采用缩短TRPRL的毛细管直径方法,可抑制3.39μm谱线; 由于TRPRL的特殊的环形激光器结构,采用分立式特殊结构设计的选频光阑,选频光阑可以放到环形激光器的光路任意位置处,而多个选频光阑即可有效抑制1.15μm的谱线; 根据不同波长激光腰斑半径的不同,在光腰处采用特制的椭圆小孔光阑,抑制0.63μm激光的高阶横模。对于TRPRL在全反射棱镜式激光陀螺(TRPLG)中的应用具有重要意义。

为了对硝酸钆进行高灵敏检测，研究一种基于微纳光纤干涉仪的光纤环腔激光传感器。制备了一种具有双锥结构的微纳光纤干涉仪，微纳光纤的强倏逝场可与外界环境或周围介质发生有效相互作用，且倏逝场随着光纤双锥结构直径的减小不断增强，折射率传感的灵敏度指标也有显著提高。实验结果表明：当微纳光纤的直径为20 μm时，传感器的折射率灵敏度达1925 nm/RIU；对于硝酸钆溶液的质量浓度，该传感器的灵敏度高达0.172 nm/（mg·mL^-1）。此外，该光纤环形激光传感器具有灵敏度高、结构紧凑等优点，在生物修饰和化学传感等方面有广阔的应用前景。

为有效抑制混沌信号的时延特征(TDS), 提出一种基于半导体环形激光器(SRL)滤波光反馈的结构。利用四阶龙格-库塔方法对模型进行了数值仿真, 并用自相关函数和延迟互信息对SRL输出混沌信号的TDS进行了量化。研究表明, 与普通光反馈结构相比, 滤波光反馈能有效消除由于外腔反馈延迟时间引起的TDS。通过计算自相关和互信息峰值在滤波频率失谐和滤波带宽构成的参数空间中的分布, 发现在正频率失谐区域TDS抑制效果最好。

为了满足保密通信的需求,构建了一种利用两个单向耦合的半导体环形激光器进行混沌同步的系统,通过数值仿真后得到了几种参数下的输出波形、功率谱及自（互）相关图,并讨论了注入参数对同步性能的影响。仿真结果表明：主激光器在交叉反馈的情况下,产生的混沌信号具有较强的时间延迟特征,不利于混沌保密通信。引入自反馈后,时延特征得到了很好的抑制,混沌信号的质量明显提高。将此低时延特征的混沌信号注入从激光器中进行混沌同步,在固定的频率失谐下,发现通过增加注入系数可以显著提高同步系数。此外,通过绘制二维空间映射图,可以确定同步系数在0.9以上的高质量混沌同步区域。

利用双模行波模型，数值研究了半导体环形激光器（SRL）在相位共轭交叉光反馈下的非线性动力学特性。研究发现，当两个模式的相位变化不同步时，SRL表现出低频反相振荡，其振荡周期随着反馈时间的增大逐渐增加。而对于相位变化同步的情况，通过改变注入强度，SRL可输出单周期态、多周期态和混沌态。利用自相关函数识别了产生的混沌信号的时延特征（TDS）并利用功率谱技术计算了相应的带宽，发现TDS随着反馈强度的增加先逐渐减小再增大，而带宽随着反馈强度的增加呈近似线性增加。这说明通过恰当调节反馈强度，混沌信号的TDS可以被较好地抑制，该信号可应用于安全保密通信和随机数产生中。

热源类型、工艺参数及产生的温度场分布、热循环特性等对激光熔覆成形件组织和性能有重要影响。中空环形激光熔覆技术因其采用光内送粉,具有光粉全程耦合、粉末集束性好、熔池温度分布均匀等特点,利于获得表面光洁、组织性能良好的成形件。为深入研究熔覆过程中的温度场特性及其对组织性能的影响规律,构建了中空环形热源数学模型,获得其理论解析式,其后通过测定熔池尺寸以及光斑尺寸确定模型参数,最后利用ABAQUS软件模拟中空环形热源移动时的温度场分布及热循环曲线。结果表明,实验测试的温度场分布与模拟分析一致,热循环模拟曲线也与实测值高度吻合,由此可得该中空环形热源模型有较好的精度和适用性。