为满足精密测量等领域对半导体激光器的波长稳定性、相位噪声等指标的严苛要求，提出基于系统传递函数理论推导论证与仿真验证相结合的分析方法，并由此设计改进了一款半导体激光器的高稳低噪恒定电流驱动电路。绘制了电流驱动电路的交流小信号模型和交流通路，对电路参数和系统稳定性的关系进行了理论分析，并引入噪声抑制网络对电路进行改进，通过Tina-TI仿真验证了改善后的驱动电路在2 MHz带宽内的噪声抑制能力和稳定性。实验结果表明，恒流驱动电路在3 KHz~2 MHz宽带内交流噪声有效值为224 nA，连续驱动电流2.5 h稳定度优于1.904×10^-6，1 h光功率积分时间1 s时的稳定度为1.177×10^-5。仿真与实验基本相符，驱动电路具有较高的稳定性和噪声抑制能力，同时，该分析方法对半导体激光器的超低噪声的驱动电路设计和优化具有普遍的理论指导意义。

散斑质量评价的关键在于构建能够描述散斑特征参数与数字图像相关方法测量误差关系的模型。现今缺少描述散斑图案与其功率谱之间关系的理论分析模型。基于此,从随机过程分析角度出发,先构建了二值化散斑的自相关函数与散斑占空比、散斑半径、灰度值等参数的关系。依据Wiener-Khintchine定理得出了二值化散斑功率谱的理论解析形式。利用数值实验的方式对理论分析结果进行了验证。结果表明:理论推导的结果在功率谱主瓣以及其附近的几个旁瓣上与数值实验结果较吻合,功率谱主瓣极值与实验结果契合程度高。该模型可以应用于后续的散斑误差分析工作。

基于调制转移光谱、吸收鉴频和色散鉴频技术的应用，根据被动型氢原子钟的工作原理，对单频调制的微波探测信号的氢原子跃迁鉴频和微波腔谐振鉴频过程进行了详细的理论分析和数学推导。在此基础上仿真得到了鉴频曲线与不同调制深度对应的误差信号幅值的关系，并与实验测试结果进行对比分析，验证了被动型氢原子钟单频调制的调制解调原理的推导过程，得到了使被动型氢原子钟短期稳定度最好的调制深度；上述分析过程为被动型氢原子钟单频调制技术提供了性能优化的理论基础和依据，为电路方案改进提供了设计原理。

超声红外锁相热像技术是一种将调制激励和锁相技术应用于红外热像检测的新型无损检测技术。针对缺陷生热及传热研究中存在的摩擦生热过程难以有效模拟、缺陷内部生热机理不清等理论问题, 采用电-力类比方法, 建立了含疲劳裂纹金属平板与超声激励系统的有限元模型, 研究了调制超声激励下裂纹区域和裂纹面的生热特点, 结果表明: 在调制超声激励下, 裂纹区域生热呈现出周期性上升的特点, 因预紧力的作用, 靠近激励同侧的裂纹面区域生热更明显。基于仿真分析和Green函数, 建立了裂纹摩擦生热的传热理论模型, 进一步探究了裂纹区域温度分布规律; 最后利用被测平板上下表面温度比值(P值)对热源深度进行了估计, 证明了仿真结果与理论计算的一致性。研究成果将进一步丰富超声红外锁相热像技术的理论基础。

为了选择适合太阳光泵浦的激光材料，本文从四能级速率方程出发，综合考虑了太阳辐射带状光谱特性和激光材料对泵浦光吸收能力，建立了太阳光泵浦固体激光理论模型。利用该模型推导得到了单束光侧面泵浦和椭球腔侧面泵浦方式下的泵浦阈值表达式，并结合Nd3+∶YAG、Nd3+∶glass、Nd3+∶Cr3+∶GSGG (Nd3+∶Cr3+∶Gd3Sc2Ga3O12)、Cr3+∶BeAl2O4和Cr3+∶Nd3+∶YAG等激光材料的光谱参数，计算了这些材料的泵浦阈值光强。结果表明:在单束光侧面泵浦和椭球腔侧面泵浦方式下，Nd3+∶YAG的泵浦阈值光强分别为448个太阳常数和224个太阳常数，是比较适合用太阳光泵浦的激光材料。由于椭球腔的特殊结构，采用椭球腔侧面泵浦激光介质，阈值光强比较低。分析了泵浦阈值光强与材料直径的关系。该模型可用于从现有的激光材料中筛选出在太阳光泵浦下最易输出激光的工作物质。

早在20 世纪50 年代开始，硫系玻璃由于具有宽红外透明波段和高折射率的特殊性质而引起了研究者们的浓厚兴趣，尤其是含Te 元素硫系玻璃的红外透过截止波长可达到18 μm 的远红外区域，开发出的硫系玻璃材料在远红外传感、CO2激光能量的传输、生物传感、外太空生命探测等方面有了广泛应用。除了在传统红外能量传输及成像等方面的应用，近年来硫系玻璃由于其超高的非线性、超短的响应时间而成为光开关、超连续光源、拉曼增益等非线性光学应用的最佳候选材料。总结了当前主流硫系玻璃的非线性特性及其应用，并在分析玻璃组分与其三阶非线性高低关系基础上比较了当前主流的三个系列硫系玻璃非线性的理论分析和预测模型，介绍了一种最广泛的Z 扫描非线性测试方法。对更高非线性硫系材料开发存在的问题及下一步的研究方向进行了展望。

受近期Gawhary和Severini在Opt.Lett.33,1360(2008)一文中引入的光束近轴度的启发, 定义了一个独立于光束近轴度的衍射度参数来描述单色光束的衍射扩散程度, 所定义的衍射度只依赖于光束的角谱分布, 并可以定量比较不同光束的衍射扩散程度.

基于浸入式光栅与普通光栅的特性差异,推导了浸入式光栅的光栅方程,研究了浸入式介质吸收对单缝衍射和多光束干涉强度分布的影响,得到经修正的单缝衍射因子和多光束干涉因子,推导出存在介质吸收情况下的光强分布公式.分析结果表明: 该公式更具有普适性,单缝衍射强度分布公式、多缝衍射强度分布公式以及平行平板多光束干涉强度分布公式均为该修正公式的特殊情况.

为了研究相对论性朗缪尔孤子的特性，对从动力论出发所获得的超强等离子体中相对论性强朗缪尔湍动控制方程组进行了理论分析。结果表明，随着电子的平均洛伦兹因子以及场的湍动参量增加，朗缪尔孤子的波包半宽变窄，孤子总能量和总动量相应地增大，且电子的相对论效应对孤子总能量和动量的非线性部分的影响远大于线性部分。该研究可为超强激光等离子体中相关的非线性现象提供新的理论参考。

为了改善成型件表面质量，从微观上研究了决定选区激光熔化成型金属零件的上表面粗糙度的主要因素，通过研究单熔道成型，从熔道搭接的角度理论分析了成型件的上表面粗糙度，基于自主研发的成型设备Dimetal-280加工实体零件进行了实际测量对比，获得表面粗糙度的轮廓算术平均偏差Ra的理论值为3.21μm，微观不平度十点高度Rz的理论值为12.79μm，其实测值Ra=7.36μm，Rz=40.01μm；进行喷砂和电解抛光处理后，表面粗糙度减小，即Ra=2.34μm，Rz=10.86。结果表明，成型件的上表面粗糙度主要受熔道宽度、扫描间距和铺粉层厚3个因素的共同影响；粗糙度实测值与理论值有偏差，主要是由于熔道不稳定、表面出现球化、粉末粘附等缺陷造成；成型件经过电化学处理后表面质量有较大的改善。选区激光熔化成型金属零件可达到良好的表面粗糙度，此项研究为进一步提高表面质量和应用于生产加工提供了参考依据。