为了模拟复杂条件下的激光威胁源, 设计了一种基于多波长多编码合束输出的新型激光产生装置, 用于检测相应的激光告警设备。采用3路波长分别为650 nm、808 nm和905 nm的激光, 以STC8H单片机为核心构成编码模块, 输出调制后的编码激光, 通过二向分色镜将3路激光光束合成一束出射,进行了理论分析和实验验证。结果表明, 合束的脉冲激光能量最高达到2.45 mJ, 光束直径为6 mm, 频率调制精度达到0.5 Hz, 占空比调制精度达到0.1%; 该装置能够实现携带不同编码信息的、不同波长的激光合束出射。该研究为激光告警设备提供了一种新的检测装置, 对检测手段的改进有一定的参考意义。

二向色镜及偏振分光棱镜作为常用的光学器件，近年来在大气探测偏振激光雷达中得到了广泛使用。但两种光学元件性能上的非理想特性与安装时存在的偏振误差夹角等问题在一定程度上会对大气探测后向散射光的退偏比造成影响。针对偏振激光雷达标定中通常只考虑偏振分光棱镜影响的问题，通过仿真模拟分别分析了二向色镜、偏振分光棱镜以及二者级联下对大气中气溶胶的退偏比影响，并给出了误差分析。以532 nm和1064 nm两种波长下的沙尘粒子与卷云的后向散射光作为输入进行模拟计算，结果显示，常用的长波通二向色镜对模拟输入光源在1064 nm透射通道下有7.111%的退偏比变化，在532 nm反射通道下有3.012%的退偏比变化。对偏振分光棱镜而言，输入为532 nm及1064 nm处探测的沙尘粒子退偏比会分别产生21.333%和27.3%的相对误差变化，532 nm处探测的卷云退偏比会产生14.2%的相对误差变化。两种光学元件在存在偏振误差夹角时均会带来额外的退偏比误差增量，在两种光学元件级联条件下，对模拟光源的退偏比也表现出累加性的误差增大。

开展了基于二向色镜的三路高功率激光组束实验研究，将中心波长分别为1059、1075、1090 nm的4 kW近单模光纤激光器进行组束，实现了11.34 kW的激光输出，组束效率超过95%。随着输出功率的提升，二向色镜温升越来越高，光束质量相较于子光束呈现逐步退化的趋势，当满功率时，组束激光在两个方向的光束质量分别为M²x=2.941和M²y=3.183。分析了影响组束效率和光束质量的原因，并对二向色镜基底厚度对光束质量的影响规律进行了实验研究，为进一步优化组束激光的光束质量提供重要参考。

相比常规的二向色镜激光合束，采用窄线宽半导体激光结合薄膜二向色镜进行的密集光谱合束，通道数量显著增多，可以实现高功率、高亮度的半导体激光输出。理论分析了薄膜二向色镜入射角度与中心波长、透过率之间的关系，结果表明：随着入射中心波长增大，入射角度逐渐变小，同时薄膜二向色镜的透射谱随之发生改变。对中心波长为969 nm、976 nm、981 nm的3束半导体激光开展了密集光谱合束实验，实现了输出功率为311.9 W、合束效率为95.88%、亮度为58.42 MW/(cm²·sr)、子束光谱间隔最大为7 nm的合束激光输出，合束激光相比子束的光束质量退化率不大于1.06倍。

为了研究合束效率与二向色镜的反射性质之间的关系,通过建立多层膜系粗糙表面反射模型,采用模拟仿真的方法对用于光谱合束的大陡度二向色镜反射率曲线进行了计算分析,结合光纤激光器光谱曲线得到了合束效率的仿真结果。对不同角度二向色镜表面面形与反射率、合束效率的关系进行了分析,对二向色镜合束系统的稳定性进行了模拟讨论,并对二向色镜的部分参量提出了要求。结果表明,使用小角度二向色镜可以获得10kW以上的输出功率,合束效率达97%。这一结果对二向色镜参量的提高是有帮助的。

搭建了可用于生物医学检测的小型近红外拉曼光谱仪。 通过理论计算, 几何光路设计, 完成了系统组装。 有别于传统反射式准直结构: (1)本光谱仪色散系统采用透射式准直的方法, 将散射光投射到光栅上进行色散； (2)经二向色镜分光, 采用物镜对入射光会聚和散射光收集, 设计了与色散系统入射狭缝相匹配(共焦面)的外光路系统, 进而有效收集拉曼信号和去除杂散光； (3)实现了高分辨率(3 cm-1)、 高重复性和高灵敏度光谱检测, 检测范围500~2 200 cm-1(785 nm激发)； (4)小型化设计, 整个系统尺寸约240 mm×200 mm×130 mm, 自由度高。 将此自开发小型拉曼光谱仪应用于葡萄糖和膝关节软骨的拉曼光谱测试, 获得了与大型商业拉曼光谱仪相媲美的结果, 验证了该光谱仪具有高分辨率, 高重复性和高灵敏度的优越性能, 可灵活地应用于生物医学等多领域的研究。

为了实现光谱的有效分离，二向色镜已被广泛应用于各类光学系统。针对多光谱探测系统红外二向色镜，分析了基底和薄膜材料特性，选择了锗(Ge)为基底，锗和硫化锌（ZnS）的膜料组合，以传统的长波通膜系为初始结构，借助于软件优化膜系，并对优化后的膜系进行镀制；对研制的红外二向色镜光谱特性和环境可靠性进行了测试，测试结果表明各项指标均满足系统要求。并已成功应用于红外多光谱探测系统。