报道了全固态激光器连续抽运高重复率电光调Q的实验和理论分析结果。用LGS(La3Ga5SiO14)晶体作电光调Q元件，在激光二极管(LD)端面抽运Nd:YVO4激光器中实现了较高重复率的电光调Q输出。实验中在104 Hz重复率下，抽运功率为28 W时，平均功率超过5 W，脉冲宽度为7 ns，峰值功率为70 kW，并对不同重复率时的脉冲输出进行了比较，在低重复率下，脉宽<6.5 ns，峰值功率超过100 kW。在理论上，通过对连续抽运时的电光调Q速率方程进行修正，并考虑放大自发辐射(ASE)的影响，对调Q激光器的储能过程和脉冲输出特性进行了模拟，所得结果和实验数据能够很好地吻合。最后，利用LasCad软件对晶体的热效应进行了模拟，并利用临界稳定腔方法对热焦距进行了测量，测量和模拟结果基本一致。

抽运耦合技术是获得高功率激光器的关键技术之一。针对国外最新提出的一种利用二元金属衍射光栅进行侧面抽运耦合双包层光纤(DCF)激光器的方法，利用严格的矢量衍射理论，证明了这种二元金属衍射光栅虽然对TM偏振模有近94.4%的衍射效率但是对TE偏振模最大只有35%的衍射效率，因此对入射光存在严重的偏振依赖性。在综合考虑了对不同入射偏振光均具有较高衍射效率以及多层金属衍射光栅的工艺制作难度的前提下，提出了一种新型的三层阶梯状的金属光栅结构，该结构对入射的TE偏振光最大能达到72%的耦合效率，并且对TM偏振也保持较高的耦合效率，而且随着阶梯层数的增加，耦合效率将进一步增大。同时给出了金属衍射光栅的周期与厚度对+1阶和-1阶后向衍射波的衍射效率的影响。

成功研制了高能炸药抽运光解碘激光器系统，实现了爆炸激光器装置的稳定激光输出，并获得了近百焦耳的激光输出能量。实验中分别测量了101.325 kPa下氩气中冲击波阵面的辐射光谱及冲击波阵面传播速度。该爆炸激光器系统利用七氟碘丙烷C3F7I作为激光工作物质，高能炸药作为抽运能源，实验中获得了较好的爆炸激光波形，激光脉宽(半峰全宽(FWHM))约34 μs，最小光束发散角小于20 mrad。详细介绍了爆炸激光器的工作原理，针对具体的实验装置及实验技术路线进行了分析和描述。分别在不同实验条件下开展了相关爆炸激光实验，对实验结果进行了分析，并对影响爆炸激光输出的因素进行了分析和讨论，为进一步研制更大能量的爆炸激光装置打下了基础。

针对惯性约束聚变(ICF)驱动系统特别是其终端光学系统对元件数和元件厚度的限制要求，利用衍射光学元件(DOE)易于集成的优点，提出一种在石英基片的两面分别曝光制作色分离光栅(CSG)和光束采样光栅(BSG)的新方法，仅需一个石英片即可同时实现谐波分离和光束采样的功能。分别采用光学制版和电子束直写的方法制作了色分离光栅和光束采样光栅的掩模，并利用离子束刻蚀的方法加工了色分离光栅-光束采样光栅集成元件。结果表明，此集成元件的三倍频光能量利用率、色分离度以及采样效率等参数均与三倍频光通过色分离光栅、光束采样光栅分离元件时得到的结果相吻合，达到了惯性约束聚变激光驱动器终端光学系统的基本技术指标要求。

激光成像雷达的空间分辨率较高，能成四维像(强度像+三维距离像)，适合作目标识别探测器。支持向量机(SVM)是一种能在小样本学习的情况下，仍有较高识别正确率的目标识别方法。通过优化支持向量机算法，将它嵌入到激光成像雷达系统的数字信号处理器(DSP)芯片内，实现目标识别的功能，有很高的现实意义。首先用真实激光成像雷达强度像做实验，测试56个样本，共耗时31.97 μs，证明嵌入到数字信号处理器的支持向量机算法能满足实时性要求，识别正确率为98.2%; 再用仿真激光成像雷达距离像验证支持向量机的推广能力，证明支持向量机在实时性和识别性能两方面都能满足激光成像雷达的识别要求。

为了研究TEA CO2激光输出的脉冲波形对激光推进中冲量耦合系数的影响，通过激光技术手段，改变激光混合气体比例及压强，控制激光器脉冲输出波形,将激光的脉冲宽度压缩近50%。在此基础上进行的激光推进冲量耦合系数的实验测量和数值计算结果表明，对于大气呼吸模式TEA CO2激光推进而言，在不影响工质击穿功率密度的情况下，减小脉冲前段起击穿工质作用的尖峰部分占整个脉冲能量的比例，有利于获得高的冲量耦合系数。脉冲宽度大于二维运动的特征时间时，获得的冲量耦合系数也高于脉冲宽度偏小时所获得的冲量耦合系数。

利用飞秒激光散斑的信息，可以得知散射体的空间运动信息。为此提出了飞秒激光散斑相关测量技术，将散射体变化或移动前后的飞秒散斑场分别用CCD探测器记录下来并储存于计算机中，对移动前的飞秒散斑场和移动后的飞秒散斑场进行相关性运算，就可以确定出散射体的有关特性或移动量,实现对飞秒散斑场移动实时测量。结果表明，实验中散射体的位移量与用相关算法得到散射体的移动量相吻合，证实了飞秒散斑相关法测量的可行性。

研究了周期性极化晶体非共线参量放大的群速匹配和群速色散。提出了估算光学参量放大(OPA)光谱带宽的一般性方法。光谱带宽由波矢失配中泰勒级数展开式的第一、第二项决定，当展开式中一级项为零时，三个非共线相互作用波是群速是匹配的，这时参量带宽由群速色散决定。选择合适的光栅周期，能获得调谐范围较宽的群速匹配脉冲参量放大，参量带宽与晶体长度、非共线角及群速色散有关。研究了增益带宽与晶体长度及抽运光强度的关系，也研究了离散角和有效非线性系数等。由于群速匹配，参量带宽很大，大大增加了最大有效长度和能量转换效率。

脉冲宽度40 fs,功率1.1 W的载波包络相位(CEP)稳定的飞秒激光脉冲在充氩气的空芯光纤内由于自相位调制频谱展宽，通过啁啾镜和斜劈补偿色散,最终可获得脉冲宽度为6 fs的载波包络相位稳定的强激光脉冲。将之应用到高次谐波实验中得到了脉冲宽度为500 as的单个阿秒脉冲。

实验研究了外部光注入分布反馈(DFB)激光器的非线性动力学行为，并给出了其输出特性随注入光强度和频率失谐量变化的动力学特征图。实验结果表明，激光器的动力学行为对外部的微扰十分敏感; 在不同外部光注入条件下，激光器可以呈现出单周期、倍周期、多周期以及混沌等多种非线性动力学特征; 在注入光强度和频率失谐量变化空间存在三个复杂动力学区域; 激光器表现出的复杂动力学行为总是与周期行为有关; 当激光器处于复杂动力学区域时，其频谱为连续谱，在连续谱上存在多个明显的峰，所对应的频率定义为特征频率，特征频率的大小不随注入光的强弱以及频率变化。

调制转移光外差光谱信号的信噪比(SNR)和中心斜率与吸收程等有关。采用吸收程微元叠加法——把吸收程分成n段，计算出每一段产生的调制转移光谱信号元，再对n求和得到总的调制转移光谱信号。利用该方法，理论上研究了调制转移光谱信号相对强度及中心斜率随吸收程的变化，得到最佳吸收程。实验上比较了碘池温度为-15 ℃时一倍程(40 cm)，二倍程(80 cm)，三倍程(120 cm)和四倍程(160 cm)的光谱信号信噪比和谱线中心斜率，得到三倍程时信号信噪比和谱线中心斜率为最大，估算得到相应的激光稳频精度为9×10-14(1 s积分时间)。通过吸收程优化过程获得的调制转移光谱信号用于激光频率稳定控制，有望获得更高的稳频精度。

为了研究一种新型有机金属化合物(十六烷基三甲基铵)双(1,3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4，5-二硫基)-镍(简称CTNi)的三阶非线性光学性质，配制了浓度为1.0×10-4 mol/L的丙酮溶液作为待测样品，采用Z扫描测试技术，在波长为1064 nm，脉宽为40 ps的条件下研究了该样品的三阶非线性光学性质。研究发现，该材料具有很强的饱和吸收特性，其激发态有效吸收截面为σeff=1.47×10-18 cm2，相应的非线性吸收系数β=-4.36×10-12 m/W。另外，Z扫描曲线显示该材料还具有较强的自散焦效应，其三阶非线性折射系数n2=-1.55×10-18 m2/W。

针对超高强度飞秒激光，对利用单块BBO晶体产生三倍频(THG)的过程进行了分析，比较了单块晶体中三阶非线性效应以及级联二阶非线性效应对三倍频转换效率的作用，讨论了入射基频光光强、晶体厚度、自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、群速度失配、失谐角、方位角等因素对三倍频光转换效率、时间波形及光谱分布的影响，在此基础上，提出了提高三倍频转换效率的方法。研究结果表明：入射基频光强一定时，三倍频光的峰值光强、脉冲宽度(FWHM)随晶体厚度变化不明显。通过优化基频光入射角度，可提高单块BBO晶体三倍频光转换效率及峰值光强，并减小三倍频光脉冲宽度。此外，方位角的优化也可在一定程度上提高三倍频转换效率。

以宽度为50 fs的超短脉冲和负单轴晶体CsLiB6O10(CLBO)为例，对非线性光学晶体中低阶群速度色散(GVD)导致的超短高斯脉冲和超高斯脉冲的脉冲展宽进行了理论分析。在光参量相互作用过程中，对初始无啁啾和有啁啾调制的超短高斯脉冲的脉冲展宽机制和因素进行了数值计算，得出群速度色散导致超短脉冲的寻常光比非寻常光脉冲展宽更严重; 波长越短，脉冲展宽越大; 当晶体长度等于色散长度时，脉冲宽度增加为初始时的2倍，色散长度越短，超短脉冲展宽越明显。

利用二维耦合波理论，研究了体光栅对时间和空间都为高斯型分布的脉冲激光光束的衍射性质，得到了衍射和透射光振幅的解析表达式。讨论了体光栅的结构参量对衍射光束的空间和频谱强度分布以及衍射效率的影响。结果表明，体光栅的波长选择带宽和衍射光束带宽随着结构参量的增大而增大，衍射效率随着入射脉冲时间宽度的增大而增大，并趋于定值，结构参量值越小，达到饱和的速度越慢，饱和值越大。

利用大气对光的散射作用可以实现非视线通信。在单次散射假定下，研究了非视线光散射通信系统的大气传输模型。利用该模型分析了光源发散角、接收视场和收发仰角等系统几何参数与接收散射光能量之间的关系; 重点讨论了大气分子散射和气溶胶散射各自对接收散射光能量的贡献。结果表明当系统的收发仰角较大时，接收光能量主要来自大气分子散射; 反之，气溶胶散射则成为接收光能量的主要部分。对于工作在日盲紫外光谱区的非视线通信系统，增加接收视场可以有效地增大系统的信噪比。发现在两种典型的收发仰角情况下，接收散射光能量随光源发散角的变化趋势是相反的，这说明光源发散角要根据实际的应用场合设计确定。

光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)非线性过程是个可逆过程，信号光增大到最大值时抽运光能量已几乎被耗尽，随即进入过饱和放大阶段，能量会由信号光和闲频光重新回到抽运光中。提出了利用这一过程实现啁啾脉冲频谱整形的一种新方法。通过数值模拟说明了这种啁啾脉冲频谱整形方法的原理。计算结果也表明了通过改变抽运光强、调节相位匹配角、改变抽运脉冲波形能实现对脉冲频谱整形结果的有效控制，甚至可以通过选择适当的抽运光和信号光的同步关系，使放大后输出信号光有一定的频移，这一点可以用来抑制钛宝石饱和放大引起的光谱红移。

在自由空间光通信(FSO)系统中，大气信道的信噪比(SNR)特性对系统的通信性能影响很大，提出了双模turbo码的编码方案。从研究大气对自由空间光通信系统的影响出发，在分析了大气信道特性后建立了大气信道信噪比和能见度的关系，详细阐述了双模turbo码的编码、译码原理。应用建立的大气信道的信噪比关系，仿真分析了大气信道的信噪比和大气能见度的关系和两种编码条件下自由空间光通信系统的误码率(BER)。结果表明，对于一个实用的无线光通信系统，在要求系统的误码率低于10-5时，基于双模turbo码的系统所要求的信道信噪比比基于普通turbo码的系统的要求低1 dB。因此在相同的信噪比条件下，相对于普通turbo码，双模turbo码能有效降低系统的误码率。

提出了一种利用两种不同温度系数的光纤光栅对来对解调仪的不稳定性进行改进的方法，并进行了理论分析，研究了影响该解调仪稳定性的几个因素。将所研制的传感器布设在东海大桥上，组成传感网络，并用改进后的光纤光栅解调系统对传感器的信号进行解调。在大桥竣工测试时，该传感解调系统表现出较好的性能。

将空气劈尖的等厚干涉原理与CCD图像处理技术相结合，提出了一种对透明液体折射率进行自动测量的新方法。利用一元线性回归方法对CCD的像元序号与所接收到的干涉条纹光强极大值序号之间的线性关系进行拟合，进而由拟合系数与待测液体折射率之间的关系计算出液体的折射率。为了在测量中获得理想的干涉条纹图，对影响干涉条纹图像质量的主要因素进行了详细分析，并给出了具体的背景光消除方法。实验以水为测量对象，测量结果表明，新的测量方法是可行的，测量结果的相对误差为0.09%，另外，新的背景光消除方法，对其他光学实验中如何获得清晰的干涉条纹，也具有一定的参考价值。

激光陀螺的随机漂移噪声类似于白噪声，它是影响激光陀螺精度的重要因素，采用数字滤波的方法可以减小随机漂移对激光陀螺精度的影响。采用常见的“AR(2)模型”、“卡尔曼滤波”、“小波分析”和“小波包分析”这四种数字滤波方法对激光陀螺的随机漂移进行分析研究，并利用功率谱和Allan方差的分析方法对这几种滤波效果进行了比较。仿真结果表明，对于激光陀螺的随机漂移的滤除，基于AR模型的卡尔曼滤波法的效果最好，基本上消除了陀螺的随机误差，而小波分析法和小波包分析法只能在一定程度上消除高频段的漂移。所得结果对激光陀螺的应用有较好的参考价值。

基于火灾特征气体检测的火灾报警技术被认为是一种有着广阔前景的火灾早期探测手段，特别是利用光学吸收方法的火灾气体探测技术，除了能够提供高灵敏、低误报率的火灾报警外，还能够实现火灾的早期预警。提出了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的火灾气体高灵敏实时检测系统，采用光通信波段光纤耦合近红外分布反馈式(DFB)半导体激光器作为光源，利用两台激光器结合调制频率多路技术实现了火灾标志性气体CO,CO2的同时检测，对CO的最低检测限约为0.00375 mg/m3(3σ)，能够满足火灾气体现场检测的需要。

运用粗糙面散射、激光脉冲散射理论，结合复杂目标粗糙表面相关建模参数，建立用于计算全尺寸复杂目标激光脉冲后向散射功率的理论模型。实验测量一种空中缩比目标模型后向散射激光脉冲回波功率，获取该缩比目标激光脉冲后向散射功率随接受天顶角的变化曲线。比较理论建模与实验测量数据，分析实验误差，证明了该理论模型的正确性。将建立的理论模型进一步应用于计算非合作空间全尺寸目标的激光脉冲回波功率。计算结果能够预估空间目标的激光散射特征，解决一些关于空间目标激光脉冲光学特征工程的应用问题。

为了减小激光外差干涉纳米测量的非线性误差，必须明确偏振分光镜(PBS)分光性能非理想对非线性误差的影响机制。推导出非理想情况下偏振分光镜透射率和反射率的激光外差干涉非线性误差模型，建立了偏振分光镜分光性能非理想对非线性误差二次谐波的影响模型。仿真结果表明，偏振分光镜的透射率和反射率非理想对非线性误差的影响为一次谐波，且偏振分光镜分光性能越差，其对非线性误差的影响也越大。在偏振分光镜反射率为0.90的情况下，偏振分光镜透射率从1减小到0.90时，非线性误差由0.62 nm增大到1.24 nm。当存在偏振分光镜旋转角度误差时，偏振分光镜分光性能非理想引起的非线性误差不增加二次谐波分量，但增大了非线性误差一次谐波分量，严重影响非线性误差的大小。当偏振分光镜旋转角度误差为5°时，偏振分光镜透射率从1变为0.90，非线性误差从0.39 nm增大到1.41 nm。

用激光雷达反演气溶胶质量浓度的空间垂直分布是环境监测领域的重点研究内容之一。利用激光雷达测量得到的地面消光系数和振荡天平获得的地面质量浓度，建立起质量浓度与消光系数之间的关联，再通过消光系数的垂直分布反演质量浓度的垂直分布。基于这一思想，采用两种模型进行了拟合和相关性分析。实验表明用这两种模型反演的质量浓度空间分布相关性好，数据量级与实际相符，具有一定的可信度。模型易于实现，计算简单，可实现在线实时检测。

针对正弦相位调制(SPM)干涉测量技术用于位移测量时，调制频率对干涉信号相位解调的影响，提出一种调制频率的优化选择依据。通过对干涉信号的频谱进行分析，发现当被测位移幅度较小时，较小的调制频率即可满足相位解调的要求; 而当被测位移较大时，必须相应地增大调制频率，才能获得比较准确的测量结果。模拟计算以及实验结果表明，被测位移信号的幅度每增大四分之一测量光源波长，调制频率需要相应增大4倍于被测信号频率的大小，才能满足正弦相位调制位移干涉测量技术信号处理的需要。

在工艺实验的基础上，建立了切割面分层理论模型。实验研究和模型分析均表明：切割面近下缘处是切割质量的最薄弱环节，此处粗糙度最高，切割前沿在下缘处的温度是决定下缘质量的主要因素。提出以近下缘粗糙度作为切割质量评价和检测的主要指标，建立了火花簇射的视觉检测系统，从侧面研究了切割过程中的火花簇射行为，发现火花簇射视觉图像特征与切割速度以及切割面近下缘粗糙度之间具有良好的对应关系：随着切割速度的变化，最高的火花簇射出口温度(亮度)对应于最低的切割面近下缘粗糙度，此时的切割速度为该工艺条件下的最佳切割速度，从而实现了对切割面下缘质量的在线检测。

使用四阶龙格-库塔算法数值求解Ⅱ类-Ⅱ类偏振失配方案的三倍频稳态耦合波方程组。针对“神光Ⅱ”激光驱动器的三倍频系统，在二倍频匹配角θd和三倍频匹配角θt均处于最佳匹配情况下，以1°为单位改变偏振分配角θp的偏离量，得到对应的三倍频波形特性的变化。研究表明，偏振分配角θp处于最佳理论匹配位时，对应的三倍频波形半峰全宽最窄，且波形上升沿抬起也最快; θp从最佳匹配位增加比从最佳匹配位减小对应的半峰全宽变宽更快，对应的上升沿抬起更慢。根据所得理论结果，在实验中调节偏振分配角θp,达到了改变三倍频输出波形特性，进而实现八路三倍频波形一致的目的。该研究结果对于更快地实现激光驱动器装置的功率平衡有一定的应用价值。