基于简化的二能级激光系统和均匀展宽理论模型,利用原子速率方程和功率传输方程建立了掺铥光纤激光器的理论模型,并以环形腔掺铥光纤激光器为例,通过Matlab编程数值模拟研究了其出射功率和波长调谐范围与腔内损耗、掺铥光纤长度、输出耦合比、泵浦波长和泵浦功率等激光器参量的关系。数值模拟结果表明,降低激光器腔内损耗、提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度可以提高掺铥光纤激光器的出射功率和增加波长调谐范围,而增加输出耦合比虽能提高激光功率,却减小了波长调谐范围。经过参数优化,在腔内总损耗为3 dB、输出耦合比为10%的情况下,通过提高泵浦激光功率和优化掺铥光纤长度,掺铥光纤激光器的波长调谐范围可达528 nm(1 660~2 188 nm),高于目前已报道的实验结果。将部分模拟结果与文献报道的实验结果进行对比,较好地证实了模型的准确性。研究工作对于掺铥光纤激光器的设计和发展具有重要的理论参考价值和指导意义。

噪声免疫腔增强光外差分子光谱技术（NICE-OHMS）是目前世界上最灵敏的激光吸收光谱技术, 其在低压环境中具有极高的探测灵敏度。 然而当测量样品处于大气压时, NICE-OHMS系统的探测灵敏度会大幅下降。 主要原因之一是大气压下获取最大NICE-OHMS信号幅度的条件与低气压下不同。 通过对大气压NICE-OHMS理论进行分析, 分析了影响信号幅度的参数, 并通过数值模拟来寻找最佳的实验条件。 本文着重讨论影响信号的主要参数包括光学腔腔长L, 调制系数β, 探测相位θ。 其中, 由于在NICE-OHMS中使用DeVoe-Brewer技术将调制频率νｍ锁定到Fabry-Parot（FP）腔的自由光谱区（FSR）。 因此FP腔的腔长决定了νｍ, 同时还作用于信号幅度Ｓfm-no0。 模拟结果显示, 当腔长增大时, 由于νｍ随之减小, 载波和边带的光谱成分相互重叠部分增大, 因此线型函数的幅度逐渐减小。 而吸收信号幅度随着腔长的增加而逐渐增加, 色散信号幅度先增大后减小, 并且在腔长等于8 cm时达到最大值。 调制系数β会影响频率调制后激光载波和边带的幅度大小, 并且影响信号线型。 随着腔长的增加, 最大信号幅度对应的β值也随之增加。 在相同腔长下, 色散信号的最佳β值小于吸收信号, 更容易使用电光调制器实现。 最后分析了参数的可实现性, 分析了不同种类激光器的频率调谐能力, 压电陶瓷的扫描宽度等。 以乙炔气体为例, 大气压下NICE-OHMS的谱线半宽达到~3 GHz, 而光谱覆盖范围大于10 GHz。 分布反馈式半导体激光器（DFB）与外腔二极管激光器（ECDL）的频率调谐范围可以达到30 GHz以上, 但是由于激光线宽宽, 得到的PDH锁定性能欠佳。 回音壁模式激光器（WGM）和掺饵光纤激光器（EDFL）线宽为百Hz量级, 是目前高灵敏NICE-OHMS系统中常用的光源。 但是WGM目前可以实现了5 GHz的激光频率调谐范围, 而EDFL的外部电压可控制的调谐范围仅为3 GHz。 使用精细度为55 000的腔进行模拟, 调制系数β=1, 腔长大于8 cm时, 可使用WGM激光器实现, 腔长大于25 cm时, 可以使用EDFL激光器实现。 而对于在设计光学腔中常用的伸缩长度为25 μm的PZT, 随着腔长的增加, 对应的腔模频移范围逐渐减小, 在腔长为典型的40 cm时, 扫描范围大于12 GHz。

在对薄膜材料热光效应和热膨胀特性研究的基础上, 综合运用光学薄膜法布里珀罗腔(FabryPerot)干涉理论, 采用MATLAB 编程设计了纳米薄膜光纤法布里珀罗传感器的仿真分析程序, 模拟了薄膜型光纤法布里珀罗传感探头反射光谱随温度变化的波长漂移特性, 分析了不同材料热光效应和热膨胀特性对温度特性的影响权重, 并进行了实验验证。验证结果表明, 传感探头测试光谱的温度变化特性与仿真特性一致, 纳米薄膜光纤法布里珀罗传感器的理论仿真可用于选择纳米薄膜材料及筛选温度敏感且镀制容差大的膜系, 对传感探头的研制具有指导意义。

电流匹配和隧穿复合结是影响氢化非晶硅/氢化微晶硅叠层电池性能的两个关键因素。文章采用wxAMPS模拟软件研究了氢化非晶硅/氢化微晶硅叠层电池中顶电池与底电池的厚度匹配对电池短路电流的影响, 以及隧穿复合结的中间缺陷态密度和掺杂浓度对叠层电池性能的影响。研究发现当顶电池和底电池的本征层厚度分别为200和2000nm、中间缺陷态提高到1017cm-3·eV-1以上, 且掺杂浓度提高到5×1019cm-3时, 叠层电池获得最佳性能: 换效率为15.60%, 短路电流密度为11.68mA/cm2, 开路电压为1.71V。

氙灯抽运将导致钕玻璃内产生不均匀温升，这是产生应力退偏的根本原因。热致应力退偏效应将直接降低系统效率、影响光束质量，因此确定片内的温度分布以及应力分布，准确预测由此带来的光束退偏特性并合理设计光束填充因子是十分重要的。介绍了我国第一台单束输出能力超过万焦耳的惯性约束聚变激光驱动器中大口径高通量验证实验平台片状放大器的热致退偏效应，通过理论模拟计算获得了钕玻璃片内三维温升分布、应力分布与由此导致的退偏分布特性，结果表明，片状放大器在5.28%/cm平均小信号增益系数输出的情况下整个光束口径内的应力双折射是很小的，但方光束的四个角部处的应力双折射较严重，最大的退偏量约为0.13％，该结果与劳伦斯·利弗莫尔实验室实验测得的结果基本一致。输出的激光近场结果表明，片状放大器热致退偏效应可满足大能量装置输出设计要求。

通过改变采样点数,理论优化了Hadamard变换离子迁移谱(Hadamard transform ion mobility spectrometry, HT-IMS)谱图的采样速率;通过增加模拟的白噪声,分析了 该方法提高谱图信噪比的效果和对分辨率的影响。 初步结果表明,在单次离子门门宽0.4 ms内,采集8个及以上数据点可以完整地反演IMS谱图; Hadamard变换方法得 到的谱图的信噪比是传统IMS谱图信噪比的15.8倍,是相同时间内多次传统IMS谱图平均后信噪比的4.6倍; 变换过程对IMS谱图分辨率无明显影响。Hadamard变换IMS的模拟不仅为采样速率等参数的选择和优化提供理论依据, 而且为下一步实验控制和反演奠定软件基础。

激光等离子体推进机理是激光推进技术的关键。基于平均原子(离子)模型(AAM)和碰撞辐射平衡模型(CRM)，对激光与等离子体相互作用过程进行了耦合计算，得出了一些特性参数。激光打碳靶实验结果验证了模拟结果的正确性，表明激光双脉冲打碳靶比单脉冲多产生最高为50%的冲量耦合系数，有利于激光推进。这为激光等离子体推进的进一步研究提供参考。

高功率二极管阵列泵浦固体激光系统的核心在于泵浦耦合技术，泵浦耦合直接决定了系统的成本、增益能力、增益均匀性、泵浦引发动态波前畸变和泵浦引发动态光束漂移等关键问题。通过对用于高功率二极管列阵泵浦固体激光系统泵浦耦合优化设计的3维光线追迹方法的研究，从二极管发光远场属性出发,建立其理论计算模型，对高功率激光二极管阵列端面泵浦大口径放大器的一种新型耦合方式——二极管列阵拟球面排列、空心镀银导管耦合进行了优化设计，并开展了泵浦耦合效率、泵浦场均匀性、泵浦场传输性等实验研究，实现了72%耦合效率、5 mm内80%传输效率的均匀平顶泵浦耦合场输出，理论计算与实验结果符合较好。

为了研究Nd∶YAG激光器1．444μm激光的脉冲输出，依据速率方程理论，建立了1．444μm Nd∶YAG脉冲激光器的理论模型，分析了Nd∶YAG晶体中其它受激发射截面较高的谱线不产生激光振荡的条件，并在脉冲抽运情况下模拟了1．444μm和1．064μm双波长激光输出。模拟结果表明，1．064μm激光一定范围内的微弱振荡对1．444μm激光输出没有显著影响。建立一维数值模型计算了放大自发辐射(ASE)对激光输出的影响，在晶体表面反射率为0的理想状况下，ASE对激光输出的影响小于2%，可以忽略。

为了使CTH:YAG激光器的设计得到更好的优化,从晶体光谱吸收特性、离子间能量转移过程及准三能级运转方式对CTH:YAG激光器的工作特性进行了理论分析;依据速率方程理论建立了CTH:YAG激光器运转的理论模型.模拟能量输出与试验结果较好的吻合,验证了此理论模型描述CTH:YAG激光器运转规律的合理性.模拟结果表明:CTH:YAG激光器的激光脉冲输出与泵浦有较长的时间延迟且伴随较强的驰豫振荡,冷却温度对激光输出产生较大的影响.