针对双光子激光直写片上光子引线波导的纳米级对准需求，提出了基于导星数字匹配与纳米智能对准的方法，实现了高精度、高密度片上光子引线互联纳米结构3D直写加工。面向片上光子引线波导的背景与需求，设计了双光子直写光刻系统的光学系统结构，在硬件上设计了独特的导星，在算法上利用机器视觉的智能识别方法，精确定位了片上光子引线波导连接结构。所刻写的光子引线与硅片波导的平均偏差角度为0.19°，绝对位置平均对准精度为29 nm，标准差为17 nm。所提方案为实现高精度、高密度的光学片上互联提供了一种可行的方法，在芯片封装、多材料功能结构制备、复杂结构修饰等高精度加工领域有着重要的科学和应用意义。

双光子激光直写技术以其高精度、高灵活性的特点在科研领域被广泛应用，但较低的直写速度制约了其在工业领域的应用与发展。本团队基于转镜扫描系统设计并验证了一套高速双光子激光直写光刻系统，该系统基于空间光调制器与多通道声光调制器的联合调控，实现了六通道并行刻写功能，且每个通道可独立调控，调控频率可达MHz以上。实验结果表明，每通道直写速度最高可达7.770 m/s，刻写特征尺度最小为150 nm，并行刻写时的最高直写速度可达46.62 m/s。此外，本团队基于反射式像旋转器设计了一种高精度调节通道间距的方法，调节精度优于1 nm。

为了进一步提高成像速度和分辨率，提出了基于双螺旋点扩展函数（DH-PSF）工程的多焦点双光子激光扫描显微成像方法和系统（DH-MTPLSM）。在激发光路中，通过高速相位型空间光调制器（SLM）同时实现了三维多焦点阵列的产生和在样品面上的高精度并行数字寻址扫描；在探测光路中，通过双螺旋相位片将系统探测PSF调制为DH-PSF，从而提供样品的轴向信息，减少轴向扫描层数，进而提高三维成像速度；结合基于DH-PSF的数字重聚焦算法，恢复出不同深度样本的宽场图像，通过单次二维扫描获得样品的三维光切片信息。在此基础上，利用搭建的DH-MTPLSM系统开展了小鼠肾组织切片的双光子成像实验，验证了该方法的快速三维高分辨成像能力，这对于MTPLSM的发展具有重要的意义。

阐述了双光子激光诱导荧光(TP-LIF)技术的原理及线性模型,利用双光子过程激励CO分子B¹∑⁺←←X¹∑⁺(0,0)带Q支的跃迁(约230 nm),分析了B¹∑⁺→A¹Ⅱ荧光带的荧光光谱特性,探讨了激光功率密度、激光波长及火焰温度等因素对测量的影响,并给出甲烷-空气火焰在一定燃烧条件下CO分子浓度随火焰位置及高度的变化关系. 实验结果表明,利用TP-LIF技术测量CO的浓度分布,其时空分辨率及探测灵敏度都很高.当激光功率密度较强时,TP-LIF信号和激光能量成线性关系,而且由于光电离速率的增强,大大降低了碰撞猝灭速率等环境因素对信号测量造成的影响,该特性对实验标定及定量测量都非常有帮助.

采用量子理论讨论共振简并双光子激光的小偏谐近阈行为。在一定条件下，系统能够呈现无反转激光。在另一条件下，系统则能够呈现无激光反转。

通过考察失谐量对双光子Jaynes-Cummings(J-C)模型中光场位相的影响,论证了失谐量不仅会影响原子-光场耦合程度,而且还会导致光场频率发生漂移.并且讨论了双光J-C模型中光场位相特性与双光子激光频率特性之间的关系.

本文采用朗之万量子理论和激光场的准线性表示计算相干泵浦双光子激光的光子数起伏。结果表明,具有双光子损耗机制且在近阈运行时,双光子激光不存在光子数压缩态。

从原子和场模的密度算符的主方程出发,应用Haake和Lewenstein所发展的原子变量绝热消除的算符方法,导出了简并双光子激光光场Wigner函数的福克-普朗克(Fokker-Planck)方程及其稳态解.利用稳态解的高斯近似,求得了在不同泵浦强度下,光子统计的解析结果如数值结果,并与前人的结果作了比较.

本文给出一均匀增宽的三能级原子模型,在泵浦场和激光场同时存在时,讨论了双光子激光的增益、频率位移及弱泵浦时,稳态运转的阈值条件。同时讨论了相干泵浦对激光线宽的影响。其结果和仅存在非相干泵浦和泵浦不存在时的结果作了比较。

在本文中,拉姆(Lamb)的半径典激光理论被用来讨论双模双光子激光运转,将文献[7]的单模结果推广到两模频率相差甚大的双模双光子激光情况。