介绍了一台新型偏振－米散射激光雷达用于探测大气气溶胶和卷云的消光特性及偏振特性。为了验证激光雷达探测性能可靠性，采用了3种方法：一是对偏振－米散射激光雷达主要性能参量指标的测定；二是偏振－米散射激光雷达与同类激光雷达对比实验；三是偏振－米散射激光雷达与太阳辐射计探测光学厚度对比实验。实验验证了该系统性能稳定，对比实验探测结果基本一致，探测数据可靠。2007－02～2007－05，利用偏振－米散射激光雷达取得了合肥地区卷云退偏振比的观测结果。结果表明，卷云的退偏振比随高度增加而呈现上升趋势，在7km～12km高度范围内，退偏比在0．2～0．5之间，其平均值为0．36±0．06。

为了解决紫外光探测器的光谱响应难以准确测量的问题，采用光声光谱的方法，以自制的高灵敏度光声探测器为标准探测器，建立了一套紫外光探测器的光谱响应测量系统，分别进行了理论分析和实验论证，取得了两种紫外光探测器的光谱响应的数据。实验结果表明，该测量系统结构简单、工作可靠、重复性好，在250nm～450nm范围内，能较准确地测量紫外光探测器的光谱响应曲线。这一结果对解决紫外光探测器的光谱响应难以准确测量的问题是有帮助的；该系统也适用于可见光探测器的光谱响应的测量和固体样品的光声光谱分析。

为了测量枪、炮子弹的速度，提出一种基于光电转换的原理光电靶的设计方法。当光电靶工作时，火光或是环境光会影响光电靶产生误触发信号或是不能捕捉住弹丸过靶信号，影响了测试的准确度和灵敏度。采用新型的大面积激光光幕技术设计了光电补偿电路，将其干扰光引起的变化的光电流信号补偿掉，分析其原理，并用实验方法验证了设计的正确性。最后实弹测试其系统的有效性与实用性。结果表明，新型的补偿电路测速系统能够有效地抑制干扰光的影响。

为了分析激光谐振腔的一般复杂像散特性，采用了8×8失调增广矩阵和MATLAB的符号运算的方法，推导出了复杂像散腔失调灵敏度的一般解析表达式。该表达式可涵盖具有多个光学元件的多种像散腔，并可定量分析这些像散腔在x－0－z和y－0－z两个平面上的失调灵敏度。计算结果表明，复杂像散腔的模场和失调灵敏度在x－0－z和y－0－z两个平面上均存在耦合。这一结果对复杂像散腔的设计与分析提供了很好的依据。

为了研究稀土Y元素对工业纯铝表面激光熔覆层的组织和性能的影响，在工业纯铝基体上，采用CO₂激光器制备了Al－Y合金熔覆层，利用金相显微镜、能谱分析、X射线衍射分析和显微硬度计等对熔覆层的显微组织、成分分布、物相组成和显微硬度进行了研究。由实验结果可知，Y元素显著细化了熔覆层的组织，熔覆层与基体形成良好的冶金结合；生成了含Y的新相YAl₃，Y₄Al₂O₉等铝钇金属间化合物；熔覆层区域的显微硬度43HV_0．2～58HV_0．2与基体的显微硬度30HV_0．2～40HV_0．2相比提高了50%～60%，在熔覆层表面硬度值达到最高。结果表明，通过激光熔覆Y粉可以提高工业纯铝的表面性能。

为了研究航天偏振辐射计的偏振测量精度，从偏振参量的反演过程出发，结合偏振辐射定标的方法，得出Wollaston棱镜安装角度误差和因加工工艺等造成的光束非正交的角度误差对偏振测量有一定的影响。结果表明，在角度误差一定的前提下，偏振度测量误差随入射光偏振态的变化而变化；当Wollaston棱镜角度误差都控制在0．1°内，偏振度测量精度满足航天偏振辐射计的指标要求。

为了使谐波转换系统保持高效稳定的3次谐波转换，采用数值模拟的方法，研究了基频光脉冲波形对3倍频转换效率的影响，并对高斯脉冲和平顶脉冲的不同谐波转换特点作了详细分析。当基频光为高斯脉冲时，在3GW／cm2的输入条件下最佳的2倍频转换效率为56．8%，低于理论预计的66．7%。进一步计算了不同功率密度下，最佳2倍频转换效率与超高斯脉冲阶数的关系。当考虑空间走离效应，基频光时间和空间均为平顶分布时，最佳的2倍频转换效率为62%；若基频光时间为平顶分布、空间分布为高斯分布时，最佳2倍频转换效率为51%，进一步地偏离66．7%。结果表明，当基频光脉冲形状偏离理想的平顶分布时，适当地降低2倍频转换效率，可提高3倍频转换效率。

为提高光电式光栅刻划机的控制精度，设计了一种自准直式激光光栅外差干涉仪的新型测量系统。以光栅衍射和偏振光学为理论基础，结合电子学的相关知识对系统进行了理论分析，设计了基准光栅，并进行了大量的实验研究。由实验研究可知，这种利用光栅的自准直衍射和以光栅栅距作为计量基准的干涉测量系统，具有受环境因素的影响低，结构简单、装调方便等优点；采用双频激光得到的测量信号增益大，信噪比高；该系统用于光栅刻划，得到的栅线间距刻划偏差优于10nm，在3mm行程内累积误差约为0．3μm。结果表明，该系统具有纳米级分辨力，用于实时测量控制系统，测量误差很小，完全达到了中阶梯光栅等特种光栅对刻划机的高精度分度要求。

为了研究激光在云层中传输的多次散射特性，分析了传输过程中的功率损耗，并采用蒙特卡罗法模拟传输过程，得出时间展宽后的脉冲波形。结果表明，时间展宽后的脉冲具有陡峭的上升沿和指数形式的收尾；非对称因子、云层物理厚度、消光系数、接收视场角等对时间展宽都有影响，其中，非对称因子、云层物理厚度对时间展宽及时间延迟影响较大。

为了将无衍射光应用于大景深成像系统中，分析了无衍射光束中心光斑的变化规律。利用菲涅耳衍射理论，讨论了无衍射成像系统中点光源在透镜焦点及焦点前后所产生的无衍射光斑形式。并根据准单色光理论，推导出准单色点光源在不同位置产生的中心光斑的尺寸和强度计算公式。最后，用红色高亮发光二极管作为准单色光源进行了验证实验。实验结果表明，无衍射光束中心光斑的半径随点光源距透镜距离的增大而减小，其强度随点光源距透镜距离的增大而增强。所得的结果为无衍射光应用于成像系统提供了理论依据。

为了得到高阶偏振模色散的前馈信息，采用数值模拟的方法，通过一种实时提取1阶和2阶偏振模色散的模型，直接得到了偏振模色散的大小和方向。将模拟得到的偏振模色散大小与从琼斯矩阵理论中计算的结果进行比较，结果表明，采用该模型的模拟结果与理论计算值在差分群时延为一个比特周期内符合较好。从得到的偏振模色散矢量的大小和方向信息可以为高阶偏振模色散补偿提供前馈信息。这一结果对偏振模色散的前馈补偿系统的设计具有参考价值。

为了研究激光处理后镁合金表面组织的变化，采用CO₂激光对AZ91镁合金表面以氦气作为保护气体的条件下进行处理，对处理过的试样用光学显微镜进行观察，并用显微硬度计测量其截面的显微硬度值，取得了试样表面和截面的组织照片和沿截面的硬度分布曲线。结果表明，激光处理过的镁合金表面与未经处理的镁合金表面相比晶粒得到了明显的细化，且随着激光扫描速度的降低，晶粒更细，而熔凝层的深度随着速度的增加而减小，同时在细化后的晶粒的晶界上的β相基本上消失，对其截面进行的显微硬度的测量结果显示其硬度相对未处理的试样有明显的提高，且晶粒越小显微硬度值越高，符合Hall－Petch公式。

类胡萝卜素作为一种强抗氧化剂在人体的抗氧化防御系统中起着重要作用，它在人体中的含量可以用来表征人体的健康状况。为了研究人体中的类胡萝卜素含量，采用了共振喇曼光谱法检测人体皮肤中的类胡萝卜素。经过反复实验得到了实验参量的最佳选择。例如选择测量部位为拇指内侧，入射波长473nm、入射光强度20mW、曝光时间5s。同时通过甘油匹配的方法增加了探测到的喇曼信号的强度。利用拟合差分算法有效去除了荧光背景噪声。最终获得了明显的人体皮肤中类胡萝卜素的喇曼光谱。结果表明，用共振喇曼光谱法检测人体皮肤中类胡萝卜素是一种行之有效的方法。

为了在一定亚像元匹配精度下提高亚像元匹配速度、研究传统的模板匹配亚像元方法，提出将图像重采样法和曲面拟合法结合起来用于亚像元匹配。先利用序贯相似性检测法，找到像元级的最佳匹配点，然后对模板n倍重采样，计算每个子模板与最佳匹配点的归一化相似性度量值，并计算当归一化相似性度量值最大时所对应的子模板在图像中的位置，再在绝对误差值最小的3×3区域内应用曲面拟合法，从而得到亚像元定位坐标。结果表明，采用图像重采样法和曲面拟合法相结合的新方法，在10倍重采样的前提下，匹配精度高于0．04像元的亚像元精度。

为了对低频液体表面波的衰减系数进行测量，利用液体表面波的光衍射方法，得到了稳定、清晰的衍射图样，并发现了衍射条纹强度分布与光斑入射点位置有关。对此进行了理论分析，得到了衍射条纹强度分布与液体表面波振幅之间的解析关系式以及表面波振幅随距离变化的实验数据。结果表明，可以根据衍射条纹的强度分布来测量液体表面波的衰减系数，与经典流体力学理论相比较，符合较好。这一结果对测量液体的物理参量是有帮助的。

光反馈自混合干涉技术是一种新出现的有别于传统双光束干涉的一类新的测试技术。为了在适度光反馈下进行位移的精密测量，提出了一种基于适度光反馈自混合干涉技术的位移测量方法。采用条纹记数法实现大范围位移粗测，具有半波长位移分辨力；然后基于适度光反馈下小数条纹的特点，给出了小于半波长位移测量的方法，从而提高位移测量的分辨力。用绝对精度达3nm的商用压电陶瓷驱动器比对实验，结果验证了这种三角波调制外反射体在普通实验室环境噪声中可以达到纳米级的位移测量精度。实验数据处理结果表明，对于3μm以下的位移，该算法位移测量相对误差约为1．20%。

为了实现激光雷达监测海洋赤潮的目的，采用红外激光能较好地反映藻类悬浮粒子密度等信息。分别就海水中水分子、浮游植物、黄色物质、悬浮颗粒与1．064μm激光的吸收和散射特性展开研究，最终构建了1．064μm激光在海水中的探测模型。通过对模型的仿真计算可知，红外激光雷达能有效地探测水下0．8m内的海水水域。结果表明，1．064μm激光水下探测深度可满足监测海洋表层藻类粒子密度的要求。

为了实现在利用衍射光学器件整形半导体激光器时，得到半导体激光器各个电磁分量的分布，且该分布能够在较近的距离上仍然适用的目的，采用基尔霍夫衍射理论和非傍轴条件下的菲涅耳近似理论推导和MATLAB语言编制相应的数值计算程序的方法，得到半导体激光器各电磁分量分布的结果。结果表明，除在特殊方向上，半导体激光为TM波和TE波的混合模，数值程序实现了计算不同距离上半导体激光器各个电磁分量的分布情况的功能。这对设计和分析半导体激光器衍射整形光学器件具有重要意义。

为了得到给定波长为通带或禁带的光子晶体，采用光学传输矩阵方法，模拟研究了由光子带隙结构如何得到相应的光子晶体结构。通过优化计算得到了指定波长带隙结构的光子晶体。结果表明，光学传输矩阵法完全能得到给定波长为通带或禁带的光子晶体。这一结果有助于光子晶体的广泛应用。

介绍了激光透射塑料焊接及全息技术的基本原理，提出了一种基于全息原理的激光同步焊接技术。为了达到塑料微小焊缝的同步焊接，采用干涉方法记录下预知焊缝特征形状，再利用衍射方法使得焊缝图形特征再现，同时激光束光斑形状被调制为与预知焊缝形状相同。利用调制完成后的激光束对塑料进行同步焊接，得到理想焊缝与预知焊缝形状相同的结果。结果表明，此项技术适用于焊缝图形小且复杂的场合。

为了实现烟幕对激光制导**有效的干扰，采用数值计算的方法，以布格－朗伯定律为数学基础，应用Vander Hulst近似计算方法，推导出了不同烟幕微粒参量对不同入射激光的干扰效果。数值计算结果表明，针对不同的激光波长，存在一个最佳的烟幕微粒参量，使对激光的干扰效果达到最佳。该研究对利用烟幕对激光制导**实施有效干扰及干扰效果评估有重要的参考价值。

为了改善小形变量、镜面控制耦合及其影响函数受到光学系统误差等多种因素的影响的连续膜变形反射镜容易出现波前复原控制电压往往超出了可行域范围的问题，提出采用一种基于模拟退火的波前模式复原算法，其原理通过遍历整个可行域搜索域内最佳的模式控制电压组合，使得目标函数以一定概率达到全局最优，从而得到将入射畸变波前像差的影响降到最小的结果。为了验证和比较模拟退火算法的可行性和准确度，采用了任一人眼波前畸变像差作为自适应光学系统的入射畸变波前，得到的残余波前像差小于直接法、闭环迭代算法的复原误差。结果表明，基于模拟退火的波前模式复原算法具有良好的波前复原性能，并且可结合影响函数的非线性特征描述，为连续膜波前复原控制问题提供一种新的解决途径。

为了能精确测量出晶体厚度，利用晶体的双折射特性，采用剪切干涉法来测量双折射晶体的厚度，从理论上推导出其实现的可行性，并结合实验验证了测量系统的具体实现过程及计算厚度的算法。结果表明，该方法可用来测量厚度为厘米量级的双折射晶体的厚度，测量的均方根误差小于20nm。

为了给激光测距、激光对大气的探测等实际工程应用提供理论依据，采用逐线积分方法计算大气分子吸收，结合离散纵标法，并耦合卷云的单次散射特性，对由实心六棱柱状冰晶粒子组成的卷云在波长为1．064μm时的散射特性和辐射特性进行了理论分析，得到了该波长上激光在卷云中传输时的反射率随入射光源的位置、观测器的位置以及卷云参量(云光学厚度、粒子尺度等)的关系。结果表明，卷云在1．064μm附近对激光的主要影响是散射，吸收在消光中占了很小的部分；其次，卷云的散射明显改变了光辐射的空间分布，散射的方向变化主要由卷云的散射相函数以及光线入射角度和观测角度决定。这一结果对实际工程应用(比如激光测距、激光对大气的探测等)是有帮助的。

为了对膜基系统的温度分布和应力分布进行模拟研究，采用ANSYS有限元分析软件，对高斯移动激光加载条件下TiN薄膜的温度场和由温度场产生的应力场进行了稳态分析。研究结果表明，温度场随激光光源的移动而移动，温度场中温度最大点在激光光斑中心处，且激光光源移动方向后方的温度场有较大的迟滞现象。在膜基系统中产生的应力场主要集中在薄膜内部。温度场和应力场的研究对探讨膜基系统失效进程具有重要意义。

为了研究关于复介电常量缺陷层镜像对称的1维光子晶体的带隙结构和光传输特性，利用传输矩阵法，讨论了缺陷层的复介电常量的虚部为负值且光学厚度为λ₀／2的情形对传输特性的影响。结果表明，当在光子晶体加入复介电常量的缺陷层后，在靠近光子带隙边缘，出现了较强的透射峰增益；随着缺陷层复介电常量的实部和虚部的增加，透射增益先增加后减少，中间存在一极值点，但缺陷膜的位置和高度不受复介电常量的实部和虚部的影响。这一结果为光子晶体同时实现超窄带滤波器和光放大微器件提供了理论基础。

经过大气湍流的激光束，在整个接收面上会产生相位起伏，从而引起光束的到达角起伏。为了建立接收面某点处两者之间的数学关系，采用了一种几何方法，从相位起伏分布出发，构造了波前的空间几何形态，进而计算出到达角起伏分布。对该方法的可行性进行了理论分析和计算，取得了到达角起伏分方差计算值与理论值的比较结果。结果表明，用该方法计算所得的到达角起伏方差，与已知的到达角起伏统计特性符合较好。这一结果对研究经大气湍流的光束形态及统计特性是有帮助的。

为了研究在非线性正常色散介质中，自陡效应对高强度飞秒脉冲光束自聚焦特性的影响，同时考虑色散、时空聚焦和克尔效应。基于(3+1)维的修正非线性薛定谔方程，采用对称分步傅里叶数值计算方法，分不考虑自陡效应即只有色散、时空聚焦及克尔效应和考虑自陡效应两种情况，对90fs超短脉冲光束的自聚焦特性进行了数值仿真。结果表明，色散、时空聚焦和克尔效应的共同作用会使脉冲分裂成丝，能量减少，脉冲展宽，时空聚焦和色散的相关性使脉冲产生了另一延迟，延迟和传输距离及色散成正比；而自陡效应则可以明显降低脉冲峰值强度，减弱非线性的影响，抑制脉冲自聚焦，使时间波形分裂更小，对脉冲延迟量影响较小。

为了研究工作波段在近红外的激光安全问题，建立了连续激光辐照生物组织的热学模型，通过分离变量法求解热传导方程，得出了生物组织在激光辐照阶段和扩散阶段皮肤组织瞬态温度分布的精确解析解，并以氧碘激光辐照皮肤组织为例，计算了皮肤组织在激光辐照下的温度场分布。结果表明，皮肤组织温升随激光辐照时间和功率密度的增加而增加，辐照结束后，皮肤表面温度缓慢下降，深处温度先缓慢上升，再缓慢下降。分析结论与相关实验结果取得一致，证实了所建模型的合理性。该结论对于其它连续激光对物质的热损伤研究是有帮助的。

为了得到一种抗湿性光致聚合物在不同厚度下的全息特性，采用在介质中记录透射光栅等和理论分析的方法，取得了样品全息特性参量衍射效率、感光灵敏度、折射率调制度、动态范围在不同厚度下的数据。结果表明，随着厚度的增加，衍射效率出现了先增大而后减小的趋势；感光灵敏度和折射率调制度持续减小；动态范围呈先增大而后减小然后再增大的趋势。通过对不同厚度下各全息特性参量的对比发现，此种光致聚合物存在最佳厚度。

为了分析大气湍流对高斯光束产生的光强起伏现象，采用相位屏的方法，模拟出高斯光束经过大气湍流后在接受面上的光场分布情况，然后对模拟出的光场进行分析得到光强起伏的方差，并与理论得到的静态统计量进行分析比较，在一定程度上得到了较好的吻合。这一结果对各种近地激光应用是有帮助的。

为解决高功率CO₂激光切割广泛用于面板、模板制作的中厚钢板小圆孔时存在的切割质量差的问题，采用Rofin DC025板条CO₂激光切割系统，对6mm厚的A3钢板进行了Φ5mm小孔的激光切割工艺研究。系统研究了激光功率、切割速度和氧气压力对切割质量的影响，分析了切割前沿温度分布对切割质量的决定作用。结果表明，当激光功率为1KW、切割速度为1．0m／min、氧气压力为1．2×10⁵Pa时可获得最佳切割效果，解决了中厚钢板小圆孔的高功率CO₂激光切割时存在的切割质量差的问题。

为了实现光声信号的快速采集和图像重建，采用基于虚拟仪器的光声信号采集和成像系统进行光声信号采集，由LABVIEW调用MATLAB程序对采集到的数据进行处理，最后利用滤波反投影重建算法，实现了对模拟组织样品的光声层析成像。成像系统的分辨率为0．15mm，重建图像与实物十分吻合。结果表明，该系统具有快速、方便、直观等特点，有望发展成为一种低成本的实用的临床诊断仪器。