靶定位瞄准单元是高功率激光驱动器的核心单元之一，承担靶位姿调整和激光瞄准等功能。结合装置定位瞄准精度要求以及物理方案的实施，通过光机电设计和调试可以实现靶定位瞄准单元的基本功能，满足高功率激光驱动器开展物理实验的要求。然而随着主激光路数的不断增多，多束激光的快速瞄准和高精度定位已成为发展靶定位瞄准单元的目标。综述了国内外高功率激光驱动器靶定位瞄准单元的研究现状，探讨了靶定位瞄准设计的普适性方法，并分析了靶定位瞄准单元发展过程中面临的主要问题。

光学相控阵技术是一种灵活、快速、精确的非机械光束扫描技术，在新体制激光雷达和空间激光通信等领域有重要应用。综述了光波导阵列相控阵扫描技术的研究进展，对基于LiNbO3、GaAs/AlGaAs、磷化铟(InP)、绝缘Si 等材料的光学相控阵技术进行了详细介绍，讨论了这几种材料的光波导阵列相控阵的优缺点和适用性，对光波导光学相控阵技术发展前景进行了展望。

CCD接收到过强信号时会出现电荷溢出现象，对于无溢出漏级结构的CCD，需合理设置成像系统参数避免出现电荷溢出。针对滨松帧转移型CCD 对非强目标成像时出现的电荷溢出现象，分析其原因是由行读出过程中成像区长时间电荷积累而导致的，通过积分之前的多次帧转移，有效解决了电荷溢出问题，并基于积分球实验进一步论证了原因及解决方法。

电荷耦合器件(CCD)作为一个将光学图像转换到电子学图像的传感器，其成像质量与辐射响应参数的性能直接相关。针对面阵CCD 越来越广泛的应用，提出利用“辐射响应矩阵”的概念和评价方法，表述面阵CCD 每个像元的辐射性能参数。分析该矩阵，明确矩阵各元素的物理意义，并将面阵CCD 每个像元的绝对辐射响应度、响应非线性度、暗噪声、信噪比以及非均匀性的数学关系与其物理含义一一对应。对面阵CCD DALSA-FTF6080M 进行辐射性能检测，并利用辐射响应矩阵计算出各像元的响应系数。以测试结果为例，讨论和描述该矩阵的应用结果。实验结果表明：使用辐射响应矩阵可以计算出面阵CCD 非均匀性为3.1%，该CCD 近似成线性响应，暗噪声为3.84。此方法实用，满足对面阵CCD 的客观评价。

以光纤马赫曾德尔干涉仪作为光强度调制器件，通过光纤耦合器构造光电反馈回路搭建了一种新型电光混合型光学双稳装置。对光学双稳原理进行了研究分析，用图解法形象地解释了双稳工作原理，并且通过在实验中改变该器件的输入光强实现了光学双稳态，得到的光学双稳现象显著，双稳工作状态稳定。该器件有诸多重要应用，如工作在稳态区域时可用做光纤激光功率稳定器，工作在开关区域时可用作光开光、光路由器。

针对光纤干涉仪存在的相位衰落问题，讨论了基于正弦波形的频率调制连续波(FMCW)和锯齿波FMCW 两种干涉型光纤声传感器的信号检测原理，并给出了数字化信号解调方案。采用7.5 m 臂差的光纤声传感器和具备调频功能的半导体激光器，对10 kHz 正弦波FMCW 和锯齿波FMCW 两种调频方式进行了信号解调实验对比。解调结果表明,两种调制解调方案均能稳定检测出加在声传感器上的模拟声信号，消除了光纤干涉仪的相位衰落。但在实际工程应用中，与正弦波FMCW 检测方案相比，锯齿波FMCW 方案无需检测混频信号的初始相位，检测灵敏度高且稳定，算法实现更为简单，而且使用不同臂差的光纤传感器可实现传感器的频分复用。

利用光子追踪法建立了红外大气信道传输模型，并给出传输损耗理论表达式。分别采用朗伯-比尔定律和蒙特卡罗仿真方法计算传输损耗，并将两个结果进行对比分析。结果显示，在能见度较低，通信距离较近时接收机接收到的散射能量不能被忽略。分析了近红外、中红外及远红外在不同能见度、通信距离下的传输损耗。结果显示，在辐射雾条件下，波长为10.6 μm 的远红外光传输损耗最小；在平流雾条件下，能见度小于200 m 时，波长为0.85 μm的近红外光传输损耗较小，能见度大于200 m 时，波长为10.6 μm 的远红外光传输损耗最小。

基于尾纤端面镀金属反膜的单根长周期光纤光栅，提出了一种包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪结构，提高了长周期光纤光栅(LPFG)的灵敏度。应用干涉原理，得出了长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪干涉波峰随外界环境折射率的变化关系。并从实验上对腐蚀前的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪和带腐蚀结构的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪的折射率传感灵敏度进行对比。结果表明，包层部分腐蚀的长周期光纤光栅迈克耳孙干涉仪反射谱中的干涉峰值对折射率传感的灵敏度得到了显著的提高，对于折射率为1.333 和1.352 的液体，干涉峰值的移动量从0.9 nm 增加到3.4 nm。

网格编码调制(TCM)与脉冲幅度调制(PPM)相结合的T-PPM 编码具备了双方在纠错能力和发射功率效率方面的优点，在空间光通信中有广阔的应用前景。而传统的T-PPM 编码调制技术在映射方面存在缺陷，制约了系统的可靠性。为改善大气湍流光通信系统的误码性能，提出一种适用于单载波弱湍流空间光信道的改进型T-PPM 技术。这种方法采用格雷映射取代传统TCM 中的“子集划分”映射，降低接收时的误判可能性。仿真结果表明，格雷码映射能显著改善误码性能；在误码率为10-3 处，格雷码映射相比子集映射提高了约0.2 dB 增益，有效改善系统的差错性能；在1 ps 和2 ps 展宽量条件下误码率(BER)分别减少至传统方案的约1/2 和4/5，从而验证了格雷码映射的优越性。

比较了关于光子晶体光纤的水平论述和关于靶向设计的极宽频带三包层单模光纤的观点。基于宏观麦克斯韦方程建立物理模型，提出了靶向设计方法。估算了极宽频带三包层单模光纤批量生产可以接受的公差。研究了服务于宽带中国国家战略的极宽频带光纤和极宽带通信系统。讨论了我国光纤产业的三项目标。

理论分析了光网络中大功率带间串扰攻击的产生机理，得出了攻击信号功率和光纤非线性折射率系数是大功率带间串扰攻击对用户信号质量产生破坏影响的主要因素。在VPI 中搭建仿真实验系统，以误码率为信号质量评价指标，研究了大功率带间串扰攻击对用户信号质量的攻击影响及其攻击传播能力。结果表明，大功率带间串扰攻击会造成和攻击信号使用同一条光纤进行传输的用户信号质量劣化。攻击信号功率越高，信道间隔距攻击信号越近，光纤非线性折射率系数越大，用户信号受攻击影响越严重。大功率带间串扰攻击具有一定的攻击传播能力，当攻击信号功率高于用户信号功率27 dB 时，攻击信号的攻击影响可传播至第四个光交叉连接器。

提出一种基于液晶空间光调制器对涡旋相位进行相位恢复的方法，这有别于传统相位恢复算法。实验中利用液晶空间光调制器产生光学涡旋，再利用CMOS 摄像头来捕捉涡旋光斑。采用改进的GS 算法对系统相位进行恢复，算法中入射液晶面光振幅与随机输入相位结合进行迭代计算恢复液晶波阵面。因为程序经过多次迭代计算均恢复出涡旋相位，故证实该方法可进行相位恢复。通过计算得出系统的像差，同时利用泽尼克多项式对系统像差进行了定量分析。

通过分析不同情况下雾化场全息图像中粒子数随阈值变化的规律，建立了基于粒子数变化的阈值估计算法，并给出不同情况下最优阈值的选择依据。针对粒径20 μm 以下的雾化场全息图像，选择粒子数随阈值变化的一阶微分最小值所对应的阈值为最优阈值。该方法已应用于超燃冲压发动机燃烧室雾化场实际测量工作中，并获得了较好的结果。

针对常见的工业零部件尺寸，基于锥光全息测量原理，设计一套高精度非接触式锥光全息测量系统，并用于测量钱币表面的高度信息。首先记录钱币的锥光全息图，接着对全息图的干涉条纹进行中心线细化处理，用以计算条纹宽度变化量，进而得到被测钱币表面高度的变化。实验结果表明，当物镜焦距为50 mm 时，该测量系统的精确探测范围达到5 mm，测量误差在0.28%之内，验证了该系统设计方案的可行性和准确性。

太赫兹反射式共焦扫描显微成像系统分辨率较高且可呈现物体三维像，因此具有很大的应用价值。针对一种连续太赫兹反射式共焦扫描显微成像实验光路，在所确定的系统参数条件下，计算分析了两种太赫兹波长( 118.83 μm 和184.31 μm )的系统轴向响应特性。仿真结果表明，所设计的波长118.83 μm 的成像实验装置横向分辨率可达0.23 mm，轴向分辨率约为4.27 mm；波长184.31 μm 的系统横向分辨率可达0.36 mm，轴向分辨率约为6.63 mm。探测器轴向偏移影响大于横向偏移影响。

采用光纤点光源的光学干涉实验与检测系统，需要的光学元件最少，具有最好的环境与机械稳定性，并以最简单的方法获得高精度的基准球面波，可最大限度地减少非平面检测的系统误差。为此，全面分析了影响光纤点光源品质的诸多因素，应用光纤光波传输的基本理论，提出了提高光纤点光源性能的简易方法，并采用数字全息的方法，对两个光纤点光源产生的球面波的干涉图进行计算分析，实现了对光纤点光源球面波的评价。结果表明，由光纤点光源所产生的球面波可以满足一般干涉检测对基准球面波精度的要求。

为保证飞行安全，并尽可能地提高机场跑道容量，对飞机尾涡相干激光探测系统进行了设计。从飞机尾涡激光探测的总体要求出发，提出相干激光探测系统结构，同时针对激光光源参数以及平衡探测光路结构进行设计，给出整个系统的设计参数。通过对所设计系统的探测信噪比以及测速精度的仿真分析表明，所设计的飞机尾涡相干激光探测系统能够满足尾涡探测的需求，当脉冲能量达到25 mJ 以上时，雷达在探测距离7 km 内的探测信噪比大于3 dB；在2 km 内测速精度优于0.2 m/s。

提出一种基于激光准直技术的多自由度误差同时测量方法。采用半导体激光单模光纤组件为光源，分别以角锥棱镜和分光直角棱镜作为二维直线度误差和三维角度误差的敏感器件，实现了直线导轨五自由度误差的同时测量，且测量移动部分无电缆连接。通过理论分析及实验，验证了方法的可行性和可靠性。在设定参数下，直线度、俯仰偏摆角和滚转角误差的测量分辨率可分别达到0.1 μm ，0.1″和0.3″。

为了更好地分析大口径反射镜的面形，引入奇异值方法来分析系统的重力印透造成的大尺度起伏以及由磨削加工、测量噪声等因素造成的中高频误差。首先对奇异值分解的基本方法以及在反射镜表面评价中的具体应用方法进行了研究；之后利用数值仿真，验证了奇异值分解应用在反射镜表面分析中的可行性；最后，将提出的方法应用在实际的反射镜镜面评价之中，得到系统去除高频误差后的结果。所提出的方法对于低信噪比的大口径反射系统面形评价有较好的指导作用。

报道了一台激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG 腔内倍频与和频准连续355 nm紫外激光器。采用双头Q开关调制的LD侧面抽运Nd:YAG激光器，通过在腔内置入I类非临界相位匹配的三硼酸锂(LBO)晶体进行倍频获得532 nm波长准连续激光，置入两块II 类相位匹配的LBO 晶体对基频光和倍频光进行两次和频，从而获得了大功率准连续355 nm紫外激光输出。在注入电功率为939.6 W、重复频率为8 kHz 时，355 nm 激光最大输出功率为15.3 W，脉宽为90 ns，总转换效率为1.63%，其光束质量M2x,M2y分别为4.23和4.56，功率不稳定度为±2.7%。

双向半导体光放大器(SOA)光纤环形混沌激光器输出波形呈帧型结构，相邻帧波形具有相似性且受到外界扰动时其相似性下降。为了获得相似性高且一致性好的混沌波形以准确检测扰动的发生，实验研究了影响该激光器相邻帧相似性的各种因素，包括SOA 性能及其驱动电流、系统结构的对称性、输出耦合比以及光纤环长。以相邻帧互相关峰值的平均值考察其相似性，最大偏差衡量其一致性。结果发现，具有偏振保持特性的光功率放大器(BOA)是最适合的有源器件，且其驱动电流越大，相邻帧相似性越好。只要调整偏振控制器使得输出混沌波形呈连续窄带谱的类正弦信号，则系统结构的对称与否、耦合比和光纤环长都不影响其相邻帧的相似性，但光纤环长却影响系统的灵敏度。考察了系统的工作稳定性，5 min 左右相邻帧相似性的波动在10-3 量级。

为了研究6061-T6 铝合金激光喷丸后表面残余压应力在循环加载过程中的释放特性，对典型单联狗骨状试样进行激光喷丸处理及保温处理，利用MTS-809 拉扭组合材料测试系统进行不同循环应力水平和循环周次的疲劳实验，并使用X-350A 型X 射线应力测定仪测量试样表面残余压应力的变化。结果表明，残余压应力的松弛主要发生在疲劳过程开始的100 次循环周期内，1000 次循环周期后残余压应力基本趋于稳定。不同应力水平下的松弛行为表明，循环应力较小时，残余压应力松弛的幅度和速率相对较小；当循环应力接近材料屈服强度时，残余压应力松弛的幅度和速率较大，循环后期残余压应力完全释放，在表面产生残余拉应力。与未经保温处理的激光喷丸试样相比，试样经过150 ℃保温处理10 min 后，表面残余压应力下降，但在循环载荷作用下应力松弛的幅度和速率都较小，残余压应力的稳定性得以提升。

光纤光镊技术利用光纤出射的光束捕获和操控粒子，其飞速发展对光阱力的理论研究提出了更高的要求。采用射线光学模型对光纤光阱中的米氏微球所受到的光阱力进行数值模拟，讨论了光阱力计算中可采用的近似条件及其应用范围，比较了在近似条件下与直接计算情况下结果的差异，分析了微球与光纤端面之间的距离对近似计算的影响。理论分析和模拟计算表明，当微球与光纤端面之间的距离大于临界值时，可对计算模型中光束在微球表面的入射角、入射点的方位角等角度参量作近似处理，该结论为简化光纤光阱力计算提供了理论依据。

激光同轴送粉头喷出的粉末汇聚和分布特性直接影响激光制造的质量和精度。研究了同轴送粉时粉末分布规律和汇聚情况，提出了同轴送粉式粉末分布理论模型，开发了一种粉末流场检测系统，对喷嘴喷出的粉末汇聚情况和分布形貌进行了实时检测，结果表明，计算结果与实验测量结果比较吻合。通过系统观察和分析粉末流的汇聚和分布的实时变动行为，有利于更好地优化设计送粉头和控制激光制造过程。

提出了一个有效工艺设计参数——选择性扩散掩膜窗口宽度与电极宽度的比值T。研究结果表明，对不同的衬底浓度和掺杂浓度均存在一个最佳T 值可以获得最大短路电流。选择性扩散浓度为1×1018~1×10-3 cm-3时，其最佳T 值为1；选择性扩散浓度为1×10-3 cm-3时，最佳T 值小于0.5。电极宽度的增加减小了光生电流，但对最佳T 值影响较小。选择性掺杂浓度的增加会使得最佳T 值减小。

为了制造具有良好力学和热学性能的反射镜，对高体分铝基碳化硅镀镍钴合金反射镜的光学加工进行了研究；介绍了高体分铝基碳化硅SiCp/Al 的物理性能；采用不同抛光磨料和抛光模对SiCp/Al 镀镍钴合金样片进行抛光实验；在实验基础上，对SiCp/Al 表面镀镍钴合金同轴抛物面反射镜表面进行精密抛光，实现了300 mm 口径SiCp/Al 表面镀镍钴合金同轴抛物面反射镜的光学加工，其面形精度均方根值为0.027 λ ( λ =632.8 nm)，表面粗糙度Ra值优于2.1 nm。

环境载荷引起的航空遥感器光机系统变形对遥感器的光学系统性能会产生严重的影响。为了评估这种影响，需要一种将结构分析和光学分析相结合的有效手段。利用光机集成分析方法，首先建立了长焦距航空遥感器的有限元模型并进行了静力学分析，针对整个航空遥感器系统分别给定航向、展向和法向的加速度载荷，仿真分析了航空遥感器在机载飞行中的变形情况，重点分析由环境载荷、支撑结构所导致的各光学元件的表面节点位移变化，并以Zernike 多项式为接口拟合各光学元件的镜面变形，将计算出的拟合系数代入光学分析软件对遥感器系统进行光机集成分析，评估指定环境载荷对该遥感器结构的光学系统性能的影响。分析结果表明，该航空遥感器在过载情况下，遥感器整体系统工作状态的光学调制传递函数在空间频率为0~62.5 cycle/mm 范围内不低于0.16，经光学核算满足成像要求。

针对现有农药检测方法操作复杂、仪器贵重、不利于现场快速检测等问题，将自行研制的便携式表面等离子体共振生物传感器应用于高毒性农药蝇毒磷的检测，采用直接法检测抗体。提出连续检测法，对质量浓度分别为500、200、100、50、0 mg/L 的蝇毒磷小分子样品进行了连续检测实验。通过实验证明了该装置和方法的可行性。基于表面等离子体共振的无标记蝇毒磷检测方法简单，仪器便携，操作简便，可实现现场快速检测。

激光诱导击穿光谱(LIBS)检测的稳定性和灵敏度不高是制约其发展的两大瓶颈问题。本实验采用集成ICCD的单、双脉冲LIBS 系统，对经滤纸富集后的Pb(NO3)2水溶液中的Pb 元素进行了分析，比较了采样门宽、积分延迟时间、双脉冲两束激光延迟时间等参数对光谱质量的影响，确定了水溶液中Pb 元素的LIBS 检测最佳实验条件，结果表明双脉冲具有更好的稳定性。在优化的实验条件下，获取了6 个含Pb 溶液浓度系列的单、双脉冲LIBS 光谱信息，建立了元素真实浓度与其光谱强度之间的关系模型，得到溶液中痕量Pb 元素的LIBS 检测限分别为15.95 μg /mL 和5.48 μg/mL 。拟合结果表明双脉冲具有较高的线性相关系数以及较好的检测灵敏度和检测精度。说明集成ICCD双脉冲LIBS 能够改善水体中重金属元素的检测效果。

为了解释超强激光与等离子体相互作用时产生的自生磁场及其产生机制，从动力论出发，用理论分析和数值模拟法研究了强激光打平面薄靶时，由温度梯度和密度梯度的非共线性所决定的自生磁场，得到了自生磁场空间分布的时间演化关系。研究结果表明,当激光入射等离子体时,由于不平行的密度和温度梯度, 在等离子体表面会出现自生磁场。这种磁场明显地影响激光吸收和各种输送过程。