水-光耦合传输效率是实现水导激光可加工性的前提与效率保证。为了研究水导激光中水-光耦合传能规律, 得到较高的水束中激光功率传输效率和均匀的激光功率密度分布, 采用光线追迹原理及物理光学传播方法, 仿真分析了1064nm激光束聚焦后的光束特性及水-光耦合后水束中激光光斑分布形态, 并对不同水束长度下激光功率传输效率, 以及不同功率、压力和水束长度下激光功率密度分布情况进行了系统的实验检测分析。结果表明, 随着水束长度的减小, 1064nm激光在水束中功率传输效率越高, 在水束长度为20mm时, 激光功率传输效率可达63.6%; 激光功率的变化对水束中激光功率密度分布影响最大; 当激光功率不变时, 在水束稳定长度范围内水压的增大有利于水束中激光功率密度均匀化分布, 而耦合水束长度的减小可以提高激光传输效率。研究结果为提高水导激光中能量利用率有一定的指导意义。

当前传统点对点激光通信技术已经得到了长足进步, 为了探索在有限范围内实现局域激光广播的有效手段, 提出了一种适用于短距离水平链路激光广播的有效方法, 设计了相应的验证性广播通信系统, 并在光功率最优分配的角度上对激光广播进行了系统建模研究。首先, 从光功率衰减的角度对激光扩束理论模型和平行光幕理论模型进行了分析和对比, 揭示了平行光幕通信模型的光功率损失模型; 其次, 结合高斯光束光学成像变换理论模拟了平行光幕的远场场强分布情况, 通过一个领先的光学和照明设计软件, 揭示了光幕远场分布与传输距离的关系; 最后, 通过在不同信道环境下的野外通信实验验证了平行光幕理论模型的优越性与可行性。

依据包层模有效折射率的概念及包层模场的光功率密度分布, 重新审视了镀膜长周期光纤光栅“模式转换”现象, 对“模式转换”给出了新的物理图像.通过修正镀膜长周期光纤光栅包层模有效折射率的范围, 指出有效折射率呈现的台阶式增长是各次包层模自身属性的反映, 不存在高次模式替代低次模式的过程, 并将“模式转换区”重命名为“模式垒区”.通过分析包层模场的光功率密度分布, 指出“模式转换区”较低次包层模式进入薄膜层传输说法的不合理性.研究表明, 当薄膜厚度达到一定厚度时, 包层模场光功率分布将愈加集中在薄膜层内部, 但并非沿着薄膜层传输.讨论了镀膜长周期光纤光栅传感器薄膜参数优化的问题, 在修正的包层模有效折射率范围和未修正的包层模有效折射率范围的情况下分别进行优化, 并对优化结果进行比较, 结果表明两种情况下的优化结果存在较大的偏差.从机理上解释了修正薄层模有效折射率范围后的优化结果的正确性, 为设计高灵敏镀膜长周期光纤光栅传感器提供了新的理论指导.

为了探究倾斜基体激光熔覆中基体表面能量的分布规律, 利用米氏散射理论法建立了倾斜基体表面上的激光功率密度分布的数学模型, 以及激光功率密度峰值和峰值偏移量的数学模型。结果表明, 随着倾斜角度的增加, 激光功率密度会逐渐减小, 并且减小幅度逐渐增大; 激光功率密度峰值会发生偏移, 偏移量也随着倾斜角度的增加而增加, 且幅度逐渐增大。用试验对模拟结果进行验证, 获得的规律是一致的。

激光辐照参数是研究激光对飞行靶目标毁伤效应的基础，主要包括辐照中心点位置、辐照面域和功率密度分布。以激光辐照水平匀速运动和抛物线运动的旋转圆柱体靶为背景，假定激光辐照飞行靶交汇场景，给出交汇目标参数，建立激光辐照交汇模型；推导出辐照中心点位置、辐照面域和功率密度分布等辐照参数的解析表达式。仿真结果表明：辐照参数是随靶目标飞行不断变化的量；激光功率密度分布为参数不断变化的三维椭圆形高斯函数；靶目标旋转会引起辐照中心点位置和辐照面域的变化，进而对温度场分布和激光毁伤效应产生一定的影响。解析求解结果为研究激光对飞行靶的辐照效应奠定了参数基础。

针对大功率激光器的远场传输特性，提出了一种测量TEA CO2远场光束传输特性的新方法，该法采用相对测量和绝对测量相结合的方式来获得高能激光器的绝对空间光强分布。利用该方法测试了2 kW脉冲TEA CO2非稳腔激光器在500 m处的光强分布，并对测试结果进行了分析讨论。实验结果表明，此方法简单、易行，准确度较高，而且测量过程中考虑了大气湍流的影响，光斑强度相对分布上出现了平顶、破碎并出现旁瓣现象，实测大气透过率为815%，最大功率密度为159 W/cm2，光束的横向远场发散角达到064 mrad，基本与理论计算结果相吻合。本研究将为评估激光系统的应用效果及系统的优化设计提供重要的参考。

为缩短实验前的等待时间，减小热辐射对光学元件的损伤以及热变形对实验的影响，充分利用同步辐射X射线获得稳定有效的实验结果，对X射线干涉光刻(XIL)光束线偏转聚焦系统进行了热结构耦合分析。针对上海光源(SSRF)的光源参数，计算偏转聚焦系统所受的热功率密度分布，在此基础上对偏转聚焦系统在相同载荷、不同边界条件下进行了瞬态热平衡分析，得到双柱面镜M1、M2达到热平衡所需的时间、温度分布，并做了比较分析。结果表明，对XIL光束线上偏转聚焦系统的M1、M2采用间接水冷方式可削弱热载效应，达到热平衡的时间分别由8677 s和7850 s缩短到960 s和840 s，最高温度分别由182.73 ℃和129.73 ℃降低到57.94 ℃和47.29 ℃，此时的最大面形误差分别为7.23 μrad和9.24 μrad，缩短了从开机到实验的等待时间，在提高实验效率的同时能够获得稳定有效的实验结果。

对高功率激光器输出光束的功率密度分布进行检测和图像分析,结果表明,该方法成本低廉并切实可行,可以为高功率激光光束质量的改进和工业应用提供依据。

锥形吸收腔高能量激光能量计测量过程中的后向散射能量分布是影响测量准确度的一个关键参量。依据锥形腔能量计内表面与入射激光相互作用的光学定律，推导了能量计内入射激光光束能量的分布函数；并结合复化辛普森数值计算方法，计算分析了当能量计反射系数一定，而入射激光光束直径与吸收腔直径之比不同时，锥形吸收腔开口处光功率密度分布和后向散射总功率。计算结果表明，对于大口径高能量激光，后向散射能量损失将达到0．5%至2．5%左右。根据后向散射光功率密度分布计算得到后向散射总能量，对测量结果进行修正，将有效改善高能量激光能量测量准确度。

高功率微波大气传播过程中,天线附近的功率密度最大,容易发生强电离或大气击穿,由此产生"尾蚀效应"等非线性衰减,因此,传输过程中产生的大气击穿限制了高功率微波天线的最大发射功率.通过分析天线近场模型,研究了矩形口径天线和圆口径天线的近场轴向功率密度分布,得到了不同口面场分布下天线的最大归一化功率密度及其最大值所处的位置,并结合大气击穿功率密度阈值计算出锥照圆口径天线的最大发射功率约为148.47 GW.