为了研究高强镀锌钢激光填粉焊接工艺，采用正交实验法优化了激光功率、焊接速度、离焦量等焊接工艺参量。结果表明，激光填粉焊接速率过低时，焊缝易于产生熔质堆积和焊接孔洞; 增大离焦量可实现粉末的有效利用; 装配间隙为0.25mm(母材厚度的31%)时，高强镀锌钢激光填粉焊接的最佳工艺参量为激光功率1500W，焊接速率30mm/s，离焦量12mm，此时，焊缝表面成形良好，其拉伸试验断裂产生在母材。

为了优化光纤通信系统色散补偿方案，采用软件仿真的方法设计了一个用色散补偿光纤进行色散补偿的单信道通信系统，利用光纤环形镜的全反射特性使该系统的色散补偿方案得到了优化，补偿效果良好，并节约了成本。对色散补偿及光纤环形镜的工作原理进行了理论分析和仿真验证，取得了系统在2.5Gbit/s和10Gbit/s下Q参量和眼图的仿真数据，分别找出了两个信号速率下的系统最佳输入功率。结果表明，系统在2.5Gbit/s下的最佳输入功率为13dBm，此时Q参量达到了172.88; 系统在10Gbit/s下的最佳输入功率为6dBm，其相应Q参量为45.96。这一结果对实际应用中光纤通信系统的色散补偿是有帮助的。

为了对光纤激光器的谐振腔进行优化，研究了976nm半导体激光器后向抽运掺Yb3+双包层光子晶体光纤在不同腔结构下的输出特性。在实验中分别采用平面镜和平凹镜作为后腔镜对谐振腔进行了研究，利用平面镜做后腔镜时，存在模式竞争现象，激光输出线宽约10nm，激光输出斜率效率为9％; 而利用平凹镜做后腔镜时，模式稳定，激光输出线宽约5nm，激光输出斜率效率为11％。结果表明，利用平凹镜做后腔镜时，激光器的模式更稳定、线宽更窄，并且效率更高。

为了提高机器视觉方法测量螺纹的精度，采用理论分析和实验验证的方法，研究了用垂直投影测量和切向投影测量方法进行螺纹测量时发生的延伸螺旋面投影遮挡问题。在介绍垂直投影测量和切向投影测量方法的基础上，解释了垂直投影测量和切向投影测量方法产生原理误差的原因。通过对遮挡误差和不同螺旋升角误差对螺纹牙形角测量影响情况的理论分析和推导，给出了垂直投影测量时延伸螺旋面遮挡和不同螺旋升角影响的误差计算式，并进行了实例验证和分析。结果表明，对导程较大的螺纹按垂直投影法测量时,由延伸螺旋面遮挡造成的牙形角测量误差可达到1°以上。这一结果对牙形角测量而言是不容忽视的。

为了改善钢/铝熔钎焊中钎焊缝与钢一侧接合界面上冶金反应的不均匀性，进而提高接头的拉伸强度，采用仿真模拟及实验相结合的方法研究了V型坡口对钢/铝激光对接熔钎焊性能的影响。利用ANSYS软件对钢/铝激光对接熔钎焊温度场进行仿真，在镀锌钢板上开设V型坡口时，接合界面靠近上表面与靠近下表面的温度梯度(为241℃)较不开坡口时的温度梯度(为588℃)明显减小; 分别在镀锌钢板上开设V型坡口与不开设坡口的钢/铝异种金属进行激光对接熔钎焊试验，并对试样进行拉伸测试。结果表明，在镀锌钢板上开设V型坡口的情况下,接合界面上金属间化合物层的厚度分布较不开坡口均匀; V型坡口的存在使得断裂位置远离接合界面，接头的机械性能明显改善。

为了设计新型基于椭圆形反射镜面的扇形半导体微环激光器，采用光线追迹和有限时域差分的方法进行了理论分析和设计仿真。与普通的三角形环形腔相比，由于引入了椭圆形反射镜面，使得这种新型的微腔的镜面反射损耗极低，仅为1%，功率传输率为93%，Q值极高，在1576.36nm谐振波长处,Q值达到了23318.6。结果表明，这种新型的微环激光器有利于实现方向双稳态，并可进一步用于全光信号处理领域。

外差信号的比相处理是决定外差干涉仪精度、分辨率等性能的重要因素。为了解决比相计的分辨率和检测速度之间的矛盾，采用比相方法进行了测量原理、应用特点及局限性的理论分析，给出了相应的解决方案。结果表明，基于现场可编程门阵列的整周期采样可以提高自相关方法的测量精度，混频过零检测方法可以提高测量速度。

为了减小时分复用无源光网络(TDM-PON)上行信号光波长的飘移，基于TDM-PON上行信号光功率均衡器架构，采用单模激光注入锁定光网络单元(ONU)法布里-珀罗(F-P)激光器(LD)方法，研究了F-P LD输出光波长的锁模特性，包括锁模的范围、驱动电流对锁模特性的影响、锁模前后温度变化引起F-P LD光波长变化情况等。结果表明，当驱动电流为9mA时，F-P LD可被锁模的波长范围为0.38nm，大于ONU上行光波长因环境温度变化5℃而产生的波长位移量0.25nm，F-P LD被锁模可使ONU上行信号的光波长相同且稳定，降低光功率均衡后的噪声。

为了测量K9玻璃的折射率，采用三次谐波法,通过调节位移平台使两束平行飞秒激光脉冲在时空上重合，进而产生强烈的三次谐波信号，并进行了理论分析和实验验证，对放入样品前后的实验数据进行处理，得到了样品K9柱面镜的折射率及其测量精度，还对两片折射率未知的衰减片进行了测量，得到了它们的折射率。结果表明，测得的样品折射率与实际折射率符合得很好，证实了该方法测量物体线性折射率的可行性;与传统测量方法相比，该方法具有操作简便、样品容易加工的优点，对样品折射率范围没有限制，具有很重要的实用价值。

为了提高低碳钢表面的耐磨性能，采用CO2激光堆焊系统，将Co基合金与WC混合粉末(WC的质量分数为0~0.47)用单道堆焊于低碳钢表面。利用X射线衍射仪、能谱分析仪、扫描电子显微镜、激光显微镜、维氏硬度计和耐磨试验机对单道堆焊层的相结构、显微组织、维氏硬度、耐磨性和裂纹敏感性进行了比较分析。结果表明，这种堆焊方法的堆焊层均为亚共晶组织，且未分解WC弥散分散在Co基合金的基体上; 堆焊层的维氏硬度均随WC含量的增加而增加。该方法具有较低的裂纹敏感性。

火灾图像增强是图像型火灾探测系统中的重要环节。为了克服传统模糊增强算法运算量大、耗时长等问题，采用建立3维查找表并改进模糊增强算子的方法，设计了1种基于颜色三要素空间的火灾图像模糊增强快速算法。首先将火灾图像由三原色空间转换到三要素空间，然后保留H分量，分别对I分量、S分量建立3维查找表，通过3维查找表对图像中所有像素点的I分量、S分量进行模糊增强操作，最后将图像转换回三原色空间。结果表明，该算法在保留火焰色彩信息的同时大大降低了运行时间。这一结果对火灾的实时性探测是有帮助的。

为了研究非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性，运用Wigner分布函数法，从空间域和频率域对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性进行了理论分析，得出了该光束1阶情况下在空间、频率域系统的解析传输公式及光强分布表达式，分析了这些表达式中3个主要参量f，fσ和g对厄米-余弦-高斯光束在自由空间传输的影响。结果表明，在调制参量g不变时，束腰参量f和相干参量fσ对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束的非傍轴性起了至关重要的作用; 非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束在传输过程中随着g的改变，不能保持其光强分布形状，有前移趋势。

为了研究二极管阵列抽运折射率匹配液冷却的掺Nd3+玻璃微球阵列增益区产生的热效应，采用FLUENT6.3.26软件建立了激光器增益区流场的热-流-固耦合模型，利用有限元分析法，模拟分析了钕玻璃微球阵列的温度分布与自身尺寸、匹配液流速、微球层数和抽运频率的变化关系及其对热畸变的影响。由模拟结果可知，固体微球激光器的热恢复时间短，冷却效果与微球层数无关，流速增加对小尺寸微球的冷却效果无明显改善; 当抽运频率为1Hz时，直径为2mm和4mm的微球增益区的单程最大光程差为3.1nm和51.9nm。结果表明，该构型激光器具有高效的冷却能力。这一结果对微球阵列激光器的热管理是有帮助的。

为了研究高重频激光对激光制导**的干扰机理，根据高重频激光干扰原理，建立了半主动激光制导导引头编码识别模型、时间波门模型、多信号处理模型和干扰信号调制处理模型等相关理论模型，提出了导引头干扰有效的3σ判定准则。在此基础上重点研究了多源干扰和信号调制特性对高重频激光干扰效果的影响，并进行了仿真系统测试。结果表明,多源干扰和干扰信号频率调制能够有效增强干扰效果，干扰信号幅值调制对干扰效果改善作用并不明显。该研究结果将为高重频激光干扰效果评估和高重频激光干扰系统应用提供理论参考。

为了更准确地研究紫外光的通信性能，针对紫外LED散射光通信中光能量传输特征，以及光束发散角对散射链路构成与接收光子能量有一定影响，采用多个LED组成阵列发射的方法，扩大光束与散射体的作用效应，分析了光束发散角对不同散射体作用时光子能量的变化关系，研究了紫外光散射通信脉冲调制方法与提高发射功率措施，提出了脉冲位置调制驱动阵列LED的解决方案，并进行了紫外LED散射通信系统室外传输测试。结果表明，在短距离通信中，大的散射角使得光对散射体的作用区域增大，散射效应明显，到达光接收端的光子数量增加; 实际通信应用中，散射光通信具有较高的灵活性和实时性，可适当进行光学处理来优化光路结构。此结果为进一步增加传输距离和传输效果提供了正确的指导。

为了快速准确地对3维光学测量的缺失数据进行插值，以利于后期对比研究，提出了基于优先度排序的3维数据缺失快速插补估算方法，并把该算法用于插补模拟实验数据以及20帧振动扬声器测试数据的验证。结果表明，与其它常用缺失数据插补方法相比，该方法运算速度快、插补效果好，有利于处理3维测量结果的多帧和大量的数据。

为了提取所需的相位信息，克服噪声、断点以及欠采样等不利因素的影响，针对采样问题出现的根本原因(采样频率过低、图像条纹密度过高)，在处理欠采样问题时采用基于分割缩放原理的相位解包裹算法，对密度过高的干涉条纹通过插值放大后再进行解包裹运算。在理论分析的基础上给出了具体的相位解包裹算法，模拟计算和实验验证都表明了该算法的可行性。结果表明，该算法对有欠采样相位的解包裹能取得不错的效果。

为了解决空中低慢小目标探测存在“发现难、识别难、跟踪难”的问题，提出了一种面阵推进式激光成像探测方法。采用面阵探测器对场景选通成像，通过车载成像系统的行进来实现多帧不同场景图像的获取，并运用一种特定的距离映射关系来实现对观测场景的3维重构。以低空小型飞行物为目标，设计了成像探测系统的基本参量，并从激光二极管阵列单元、脉冲宽度与重复频率、大气衰减、信噪比和脉冲峰值功率等方面分析了成像探测系统的基本性能。结果表明，在低空范围内，面阵推进式激光成像探测方法可有效对大面积空域进行快速3维成像，缩短图像生成时间，为下一步的系统工程实现提供了理论和技术指导。

为了扩大传统剪切散斑干涉仪的检测视场，设计了一种反远距成像迈克尔逊式剪切散斑干涉系统。采用负透镜组与标准成像镜头组成反远距成像系统，分析了光路的成像参量，并利用ZEMAX软件进行了模拟; 讨论了发散光路时间相移的非均匀性，采用等步长相移算法进行相位解算可以弥补非均匀误差; 并对中心加载的橡胶平板进行了测量。结果表明,该系统能有效地扩大成像视场，采用3片焦距为-75mm的平凹镜片可以实现70°视场角的散斑干涉检测，通过调整平凹镜片的焦距和数量可以实时调整成像视场。

为了得到具有全光纤结构和中心波长可调谐的光滤波器，采用3阶高双折射光纤环镜，提出了一种电磁力的悬臂调谐单元构成的新型可调谐光滤波器，对环镜传输过程和悬臂调谐单元原理进行了理论分析，通过控制悬臂调谐单元的输入电流，实现了滤波器通带的调谐。结果表明，该滤波器具有调谐灵活、输出光谱精细等特点，可应用于不同波长光波的选频输出。

为了探究管道中瑞利波信号的产生、传播规律，基于热弹激发机制，建立了激光线源在偏心圆管侧面激发超声波的有限元模型，研究了在不同激发源厚度下及不同曲率半径下铝质圆管中瑞利波的产生、传播规律。结果表明，均匀薄管中，管壁厚度在一定程度上决定了所产生的超声信号的成分，并且在一定范围内,超声信号也会随着管壁厚度的变化而变化; 在非均匀管道中，激发源处的管壁厚度对超声信号的产生有很大影响，能在一定程度上决定超声信号的成分。这一结果对激光超声在管状材料的无损检测中的进一步应用是有帮助的。

为了制备大功率、单横模输出的量子点激光器，对有源多模干涉波导结构进行了研究。通过优化器件结构设计，采用1×1型有源多模干涉波导结构，以均匀多层InAs/InGaAs/GaAs量子点材料作为有源区，制备了1.3μm波段的有源多模干涉结构量子点激光器。连续电流注入条件下的测试结果表明，与传统的均匀波导结构器件相比，有源多模干涉结构器件具有更低的串联电阻和更好的散热性能; 在连续电流为0.5A的小注入情况下，器件的输出功率可达114mW、中心波长为1332nm。结果表明，有源多模干涉结构器件是制备大功率、单横模输出光发射器件的一种有效的器件结构。

为了提出测定果糖质量分数的新方案，采用光子晶体平面波展开法进行了理论分析和数值模拟。通过研究以硅半导体材料为背景介质周期性排列空气孔圆柱构成的光子晶体，分别取得了正方晶格和三角晶格的空气孔结构光子晶体的TE模、TM模禁带结构特性。结果表明，在高频率区域,2维正方晶格或三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测质量分数不同是单调变化的; 同时，晶格结构对光子带隙有一定的影响，不论是在正方结构还是三角结构光子晶体中，TE模带隙都比TM模大得多。这对质量分数测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。

光纤陀螺要求其光源具有高功率、宽谱输出，同时在大温度范围内仍具有好的平均波长稳定性。为了满足-45℃~70℃大温度范围的应用需求，采用双程后向抽运、法拉第旋转反射、带通滤波等技术手段，对光纤材料和器件进行大温区全局优化，以改善超荧光光纤光源的平均波长稳定性。理论分析了不同中心波长和带宽的带通滤波器以及光纤长度等参量对平均波长稳定性的改善效果，以及和光谱带宽的关系。按照设计结果选择滤波、光纤长度等参量，通过对-45℃~70℃全温区范围进行系统全局优化设计，得到输出功率为32mW，功率稳定性为0.65%，光谱带宽为12.5nm，光源平均波长变化量为23.5×10-6。结果表明，平均波长稳定性在0.5×10-6/℃以下的高稳定性超荧光光纤光源中，32mW输出功率非常高; 所得的0.2×10-6/℃是115℃大温差范围、30mW以上超荧光光纤光源中非常优异的平均波长稳定性指标，满足光纤陀螺对光纤光源的要求。

为了在获得真实偏振图像之前获得偏振图像，采用仿真的方法进行了实验研究，即先通过实验获得各种物体的偏振度建立一个偏振数据库并进行理论研究论证，再利用K-均值聚类算法对红外图像中的物体进行聚类，最后将聚类后的图像通过计算得到偏振图像。结果表明，得到的仿真偏振图像效果很明显，能够很好地区分人造物和自然物，从而验证了仿真算法的可行性。图像仿真对于更好、更方便地研究物体的偏振特性和建立偏振数据库有着非常重要的意义。

为了拓展成像光谱仪的紫外光谱范围，设计了以高温相偏硼酸钡晶体为双折射材料的渥拉斯顿棱镜。采用计算机模拟的方法进行了理论分析，取得了参量数据图。偏硼酸钡渥拉斯顿棱镜的分束角在紫外区随波长变长呈非线性关系，但在小结构角的情况下有利于整个光谱区内分束角的稳定; 棱镜结构角加大会使视场角变小，增大棱镜的结构角和宽度有利提高光谱分辨率。结果表明，当在紫外光至可见光波段使用时，高温相偏硼酸钡渥拉斯顿棱镜设计厚度为6mm～8mm，结构角不大于15°，入射角控制在1°内比较合适。这一结果为进一步研制可用于紫外光谱范围的成像光谱仪提供了必要的理论依据。

激光二极管(LD)端面抽运激光器存在一个最佳增益介质长度，过长或者过短的晶体都会导致激光器输出性能的降低。为了研究热致衍射损耗对最佳增益介质长度的影响，采用理论分析与实验相结合的方法，通过对晶体增益与损耗平衡理论分析计算，求解得到了Nd∶GYSGG晶体的最佳增益长度为7.8mm。同时开展了对不同长度晶体的激光对比实验，证明了接近最佳增益长度的8mm晶体实验效果最佳，在脉冲抽运频率1kHz、能量约7.6mJ条件下，获得了约2.4mJ激光输出，相应的光光转化效率为31.6%。结果表明，该研究对LD端面抽运Nd∶GYSGG激光器的优化设计具有参考意义。

在衍射分布的离散计算中，当衍射距离增大时，满足抽样定理的抽样点数会随之增加，为了解决补零算法带来的计算量大、计算机内存溢出等问题，提出了一种频移插值法，在不改变抽样点数的情况下，获得更为丰富的频谱成分，计算每次插值后的光场分布，然后进行线性叠加，从而得到完整的衍射分布。结果表明，该算法可以避开衍射距离增大必须增加抽样点数这一离散计算限制条件，和传统补零算法相比，计算量极大地减小，并降低了对计算机内存的要求。

为了研究激光喷丸技术对A356铝合金热稳定性能的影响，采用Nd∶YAG激光器对其进行表面激光喷丸处理及将各试样进行220°C退火试验处理的方法，从微观组织、显微硬度及残余应力等方面进行理论分析和实验验证，取得了一系列实验数据。结果表明，激光喷丸处理能够有效提高A356铝合金的热稳定性能，且在材料表面诱导了较大残余压应力，显微硬度和位错密度得到显著提高，晶粒明显细化; 退火后，激光喷丸试样的表面残余压应力下降了30.68%，位错密度从1.63°降到1.51°，显微硬度下降19.42%，表层晶粒尺寸有所长大，但较基体而言，其晶粒尺寸长大幅度较小。这一结果对于拓展激光喷丸技术和A356铝合金的应用领域是有帮助的。

为了提高选择性激光烧结制件的相对密度，使用冷等静压进行致密化。在Drucker-Prager-cap模型的基础上对选择性激光烧结制件的冷等静压过程进行数值模拟，并对模拟结果进行了理论分析和实验验证。结果表明，通过冷等静压工艺可使选择性激光烧结制件的相对密度明显提高，制件收缩比较均匀，典型尺寸的实验结果与目标尺寸的误差在0.41mm以内，模拟结果与实验比较符合。对选择性激光烧结制件进行冷等静压处理，拓展了粉末激光快速成形技术的应用领域，为其应用于工程实际奠定了技术和实验基础。