针对激光传输实验中传输内通道空间狭小、CO₂浓度低的特点，结合波长调制TDLAS技术，设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字锁相放大器，实现锁相放大和数据采集功能一体化，并将其成功应用于低浓度CO₂检测中。为解决低浓度CO₂吸收微弱、噪声强等问题，设计了高精度ADC模块，电压分辨率可达0.3 mV；基于DDS原理内部产生正余弦参考信号，保证谐波信号单一性，且实现参考信号频率可调节，覆盖范围1~40 kHz；改进了CIC滤波器，并通过降采样级联FIR滤波器的方式，以较少的硬件资源消耗实现窄带低通滤波，积分时间200 μs~20 ms可调；基于CORDIC算法实现平方和开根运算，相较于JPL算法精度更高。为系统更加小型化，基于Qt实现上位机并结合串口通信，使锁相放大器兼具数据采集处理功能。常温常压光程30 m条件下，测量了CO₂在2 μm波段的吸收光谱，获得波长调制吸收光谱信噪比为102.6，相较于直接吸收信噪比8.8，提高约11.7倍；设计并开展低浓度CO₂标定实验，获取二次谐波信号幅值和CO₂浓度之间的线性关系，相关度为0.996；在纯氮气条件下，利用Allan方差评估了系统性能，平均时间为2 s时，系统检测下限1.30 ppm (1 ppm=10⁻⁶)，平均时间为180 s时，系统检测下限0.19 ppm；分析了系统响应时间，可在0.5 s内获取气体浓度。实验结果表明，设计的数字锁相放大器具有测量灵敏度高、参数可调节、能够实时处理和小型化的特点，可满足传输内通道中低浓度CO₂的检测需求。

采用有限元方法研究了不同热压载荷作用下多组分气体原位激光检测系统的光学窗口变形分布情况，并根据热光效应计算得到光学窗口折射率分布。采用光线追迹法对比分析了氮气吹扫前后光学窗口折射率变化及变形对到达接收面的通光量和辐照度分布影响规律。此外，基于高温光学窗口激光透射测试平台开展了高温光学窗口对检测信号影响研究。结果表明：高温高压环境会使光学窗口折射率变化幅度增大及变形加剧，导致激光光路偏折引起透射光强损耗和探测信号条纹干涉；氮气吹扫可以有效改善激光传输条件，增加到达接收面的通光量，优化辐照分布，提高激光传输质量。

为推动北京大学超导加速器实验装置不断向强流目标迈进，提出100 W红外高重频光阴极驱动激光的设计方案，主放大器采用先进的光子晶体增益光纤，保证输出光束的质量。对激光系统中的关键问题，如各部分功率指标、脉冲展宽和压缩、激光耦合等进行了设计，并且考虑了激光的非线性影响。为实现强流加速器开机运行所必备的诊断模式，也提出了对于高重频激光进行两级选频的独特设计方案。将高速的SOA光开关和低速的声光调制器相结合，产生宏脉冲结构的输出激光，从而实现加速器在诊断模式下的运行。

为满足北京大学新一代超导注入器DC-SRF-II注入器的需求，设计了新的光阴极驱动激光系统。系统采用模块化的布局，可以工作在从单脉冲到81.25 MHz连续波模式，绿光输出功率1.41 W @ 1 MHz。系统实现了激光的纵向和横向整形，纵向整形后的激光脉冲为平顶分布，脉宽约为18 ps，横向则为截断高斯分布。实验结果显示，输出激光的RMS功率波动为1.8%，指向抖动小于1 μrad。

kW级高功率激光柔性传输是激光清洗、激光焊接、激光刻蚀等高功率激光加工领域中必备的环节，而实现高功率激光低损耗传输的光纤是其关键器件。目前高功率激光传输光纤采用大芯径传能光纤，仍然存在着弯曲损耗大、柔性差等问题，并且使用过程中要经常维护。华南师范大学特种光纤研究中心提出一种大芯径空气包层微结构光纤，利用包层的空气孔可以极大降低激光泄露的风险，降低光纤制备过程中对耐高温涂敷层的严苛要求，实验结果证实该光纤在室温无制冷条件下可实现kW级激光传输，从而为10 kW级高功率激光柔性传输奠定基础。