报道了采用带有微柱镜的激光二极管阵列(LDA)双侧面90°排布抽运的Yb:YAG板条激光器，实验中使用的激光晶体尺寸为6 mm×10 mm×1 mm，掺杂原子数分数为3%。抽运光通过自行设计的聚光系统聚焦成10 mm×1 mm的光斑进行抽运，聚光系统的效率为75%,晶体表面功率密度达到1.9 kW/cm2，晶体内抽运光交叠区的体功率密度达到38 kW/cm3，远高于阈值的1.7 kW/cm3。当激光器采用平-凹腔结构，耦合输出为6%时激光单脉冲输出能量最高为25.5 mJ，斜率效率为13%。插入声光调Q晶体后获得4.7 mJ的调Q脉冲输出，脉宽为24.8 ns。

提出一种腔内损耗小的基于半导体光放大器(SOA)交叉增益调制效应(XGM)的主动锁模光纤激光器结构。使用光环行器成功减小了激光器的腔内损耗，提高了激光器的输出功率。从理论上对有理数谐波锁模过程中腔内脉冲复合的物理机制进行了详细分析。利用有理数谐波锁模技术，在调制频率为10 GHz下，得到了重复频率为30 GHz的皮秒级光脉冲序列输出，其峰值功率约0.5 mW。由于半导体光放大器的宽增益谱与滤波器的较大可调谐范围，使得激光器输出可以在较大的波长可调谐范围内保持较大功率输出。成功实现了调制频率为20 GHz的谐波锁模短光脉冲输出，可调谐范围达40 nm，峰值功率大于0.65 mW。半导体光放大器和激光器的短腔长保证了激光器的长期稳定性。

受激拉曼散射(SRS)会限制光纤激光器功率的提高。利用光纤激光器的功率传输方程，理论分析了高功率掺Yb3+双包层光纤激光器中的受激拉曼散射效应，得到了纤芯直径、光纤长度、掺杂浓度以及抽运方式对光纤激光器特性的影响。通过分析，得到了增大纤芯直径、减小光纤长度、降低掺杂浓度以及合理的抽运方式可以有效地减小拉曼散射的影响。利用已有的实验结果对理论模型进行了对比，证明了理论模型的正确性。所得的结果对设计实现高功率双包层光纤激光器提供了理论依据。

针对激光器出光过程中腔内像差扰动带来的光束质量下降问题，分析了正支共焦腔腔镜倾斜扰动对调腔光模式的影响，采用等效透镜波导法计算了凹、凸腔镜倾斜失调状态下的调腔光模式分布、泽尼克(Zernike)像差系数。同时采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器方法对此进行了实验定量研究，用模式法进行了波前重构。得到了扰动量与泽尼克像差的定量关系。结果表明，凹镜倾斜扰动对腔模的影响大于凸镜，对于大菲涅耳数非稳腔，腔内倾斜扰动量与腔外泽尼克倾斜系数具有良好的线性关系，若对凹、凸腔镜分别施加等量倾斜扰动，带来的腔外泽尼克倾斜系数比率约为光腔放大倍率。且腔模倾斜像差增加的同时还将导致离焦、像散等高阶像差的增大，因此作腔内相位补偿或校正时，应使补偿或校正平面尽可能靠近凹面镜;最后对实际激光束与He-Ne调腔光束的异同作了简要比较。

焦斑的尺寸和形状主要由光束的波前畸变决定。为了减小大口径激光系统的波前畸变并提高焦斑能量集中度，对静态波前畸变采用了相位板补偿的方法。对于在建中的原型装置，主要考虑补偿主放大系统的波前畸变。根据补偿板摆放位置处的光通量和加工的难易程度，综合考察了四个摆放位置的优缺点，提出用补偿板替代腔镜对波前进行补偿。建立了求解补偿板面形的数值计算模型，就设计时采用的钕玻璃片滤波截止频率做了讨论，得出用0.01 mm-1的截止频率做低通滤波后可以得到最佳补偿效果，给出了补偿板的面形分布和加工方法。模拟结果表明，采用这种方法后静态波前畸变由3.35λ降到1.27λ;包含总能量95%的衍射极限倍数由6.21TDL降到了3.95TDL，说明焦斑能量集中度得到显著提高。

将激光器锁定到合适的参考频率上，可以有效改善激光器的频率稳定性。对于共焦法布里-珀罗(CFP)腔，沿腔轴的光路与同腔轴有一小夹角的光路对应的光程不同，因此二者对应的腔共振透射峰的频率之间会发生相对频移。这一特性可用来产生以共焦法布里-珀罗腔作为频率标准稳定激光频率的类色散型鉴频曲线，而不需要对激光频率或者共焦法布里-珀罗腔长进行调制扰动，也无需采用相敏探测。实验中实现了自制的852 nm光栅反馈半导体激光器相对于共焦法布里-珀罗腔的无调制频率锁定，由闭环锁定后的误差信号分析，30 s内典型的频率起伏小于340 kHz，较相同时间段内激光器自由运转时的频率起伏(约10 MHz)有了显著的改善。还通过调节入射到共焦法布里-珀罗腔两光束之间的夹角来改变频移量，对不同频率间隔下的类色散型鉴频曲线的斜率以及对激光器锁频后的频率稳定性作了比较。

高功率脉冲氙灯主要在惯性约束聚变(ICF)研究中用作高功率激光驱动器的抽运光源，其各项性能和使用寿命对高功率激光驱动器的整体工作性能影响很大。在改进制灯材料和管壁结构的基础上，研制了两种不同规格的细长型高功率脉冲氙灯:一种是in16 mm，放电弧长为1140 mm;另一种是in17 mm，放电弧长为1270 mm。研制的细长型高功率脉冲氙灯，其极限负载能量大、工作寿命长、辐射效率高，工作性能较原先脉冲氙灯有很大的改进和提高。

研究了以不等间距达曼(Dammann)型滤波器为模板的飞秒激光时空变换与识别技术。优化设计出不等间距多脉冲达曼型滤波器，并在高斯光谱分布的模拟中讨论产生的超快时域多脉冲平均度和光谱平面上调制周期重复数的相关性。给出了频率分辨光开关法(FROG)技术识别超快时域两脉冲的实验结果。

在考虑到光纤饱和非线性效应的情况下，给出了同偏振、不同波长的两光波的慢变振幅满足的耦合非线性薛定谔方程组以及线性化后微扰满足的方程组。在光纤的正色散区，分析并讨论了交叉相位调制不稳定增益谱随两光波输入功率变化的规律。结果表明，与饱和非线性光纤中自相位调制不稳定性的增益谱类似，交叉相位调制不稳定增益谱的临界扰动频率、峰值增益大小随两光波输入功率的增大也呈现出先增大后减小的特点，而二者随两光波输入功率变化的快慢都与两扰动的频率大小有关，即会出现两个不同的输入功率对应同一个不稳定增益峰值和临界扰动频率的情形。

给出了一种改进的相位恢复迭代算法。根据多个面的强度信息进行相位恢复，并提出将相位恢复过程划分为轮廓恢复和细节恢复两个阶段。首先利用三个较远的衍射面及输入面的强度信息,恢复出输入面相位分布的轮廓,然后再利用两个较近的衍射面及输入面,进一步恢复出相位分布的细节。该方法在一维情况下能够准确地恢复出各种输入光场，尤其是复杂光场的相位分布，大幅度提高了相位恢复的精度。模拟实验还表明，本算法具有较好的鲁棒性:多次随机选取迭代初始值时，收敛结果唯一;并具有良好的抗噪性能。

为提高国内惯性约束聚变(ICF)装置的焦斑平滑能力，在对光谱色散平滑(SSD)技术理论分析的基础上，开展相关实验并研究其平滑机制。实验结合另一种焦斑平滑技术——分布式相位板(DPP)比较分析光谱色散平滑技术应用下的焦斑均匀性的变化。实验表明，利用光谱色散平滑技术中的正弦相位调制对光谱展宽并色散后，在色散方向上的焦斑均匀性有明显改善，120 μm内的光强调制被平滑，其平滑能力依赖于光谱色散平滑技术参量的选择;焦斑的低频光谱强度变化很小，但中高频光谱强度下降，焦斑质量有良好的改善，焦斑的不均匀性从40%降低到12.5%。结果还表明，光谱色散平滑技术中的关键是色循环的产生，光谱本身加宽产生的平滑作用非常有限。

光子局域化是光子晶体的重要性质，提出采用相干背散射法对微结构光纤(MOFs)进行测量，为了便于理解并解释光子局域化的理论，在可见光波段分别测量了石英晶体、集束式微结构光纤和双芯型微结构光纤，应用光波经典扩散理论，搭建了实验平台。实验结果表明，对石英晶体的探测没有发现相干现象，而在575 nm左右微结构光纤中产生了很强的干涉。分析认为是由于二维微结构光纤的端面中分布着从节区到脉区变化的周期结构，尺寸约为500～600 nm，相当于一些不连续的散射粒子，当入射575 nm光波长和这些粒子的尺寸相接近时，满足了光子局域化的条件，便产生了强烈的背相散射相干现象。

在光纤研制过程中掺铒光纤(EDF)的纤芯折射率控制尤为关键。对采用改进型化学气相沉积(MCVD)技术沉积纤芯疏松层，并用溶液浸泡法，采用不同铝离子浓度的氯化铒溶液制作的四种掺铒光纤进行了折射率测试和电子探针微小分析(EPMA)。提出了掺铝将改变原疏松层中的二氧化硅和二氧化锗的比例，铝离子进入疏松层越多，最后得到的掺铒光纤纤芯的二氧化锗的摩尔分数就会越少，用氧化铝生成和二氧化锗挥发两个化学反应式进行了解释。掺铝和掺锗都会提高纤芯的折射率，但由于锗减少引起的折射率降低量大于铝提高引起的折射率提高量，导致掺铝后纤芯的整体折射率下降。

报道了一种采用多个4×4，一个8×8光开关以及固定波长转换器组成的大容量全光波长交叉交换连接器(OWXC)的新颖结构，可以实现低串扰、低延迟的无阻塞光信号交换和转换，降低成本30%左右。同时，提出了应用于该结构的智能控制信号传输帧结构以及通过设置可用波长被锁定的时间门限来实现三种具有服务等级的智能光链路建立方式。实验结果显示，一条光链路从被断开到自动重新建立的时间是22 ms，可以实现人工、自动和半自动三种链路建立方式以及三根光纤，24个波长的全无阻塞交换，交换容量达到960 Gb/s。对组建大容量的光交叉连接(OXC)具有参考意义。

对振幅型二维斜周期阵列分数泰伯效应的研究，可以为设计和制作新型阵列发生器提供必要的理论依据。通过坐标的旋转与倾斜描述二维振幅型斜周期阵列，根据菲涅耳变换公式在理论上研究这类斜周期阵列的自成像效应，并进一步讨论了分数泰伯距离处像场的振幅分布与相位分布，给出了具体的相位计算公式。以60°斜交周期菱形阵列为例，模拟计算了它们在各自分数泰伯距离处的像，模拟计算的结果与数学公式推导的结果一致。并简单讨论了利用这种周期结构，设计和制作新型阵列发生器的可行性。另外，还对二维斜周期菱形阵列与正交周期方形阵列在压缩比例和光斑模式等特性上进行了比较分析。

将带输运模型与二维耦合波理论相结合，研究了双掺杂LiNbO3:Fe:Mn晶体中由两束有限宽度平面波干涉产生的局域光折变体全息的动力学机制及其衍射特性。采用三步法联立求解了双中心带输运物质波方程和二维耦合波方程。数值计算结果表明，局域光折变体全息光栅的空间电荷场在空间上呈不均匀分布。当光栅区域较小时空间电荷场较强，随着光栅区域的增大，空间电荷场急剧下降，并降低一个数量级。此外，在接近光束入射边界的区域，空间电荷场时空变化规律与一维无限大光折变体全息光栅的结果相似，随着光栅区域的扩大，边界效应对空间电荷场的影响越显著。研究还发现，局域光折变体全息光栅的衍射效率随光栅厚度的增加而增加。理论结果对于由局域光折变体全息光栅形成的光学器件与系统的设计和应用具有重要的参考意义。

有机功能分子在开发新型光电子材料和光动力疗法(PDT)光敏剂方面是一个重要的研究热点;竹红菌甲素(HA)分子属于激发态质子转移(ESIPT)型分子，具有丰富的激发态特性，且反应速度快，在新型激光染料和新型光电器件方面有一定的应用前景。观察了竹红菌甲素分子的激射现象，其发射激光的范围在620～800 nm;并利用激射效应的特点为强激光条件下的质子转移提供了进一步的依据。利用瞬态光栅技术研究了竹红菌甲素的电子激发态特性，把其瞬态光栅的超快过程归结为竹红菌甲素质子转移形成的过渡态TS*的衰减，并得出过渡态TS*瞬态光栅的寿命为10.5 ps。

利用准速度匹配技术可以实现大调制度的电光相位调制器，从而可以用来展宽激光频谱，它在光谱学、激光变频以及改善激光均匀性等方面有重要应用。当大功率激光通过调制器时，要求晶体的通光面积越大越好，所以大面积并且具有较大厚度的铁电晶体的室温极化技术成为准速度匹配实现的关键技术。详细研究了大面积并且厚度达到1 mm的钽酸锂晶体的电场室温极化过程，针对在极化过程中外部施加高电压时产生的回流现象，采用了改变极化时间来抑制，取得了较好的效果。利用热释电和化学腐蚀方法，成功地实现了钽酸锂晶体的大面积畴反转。该种技术同样可以用于其他大面积铁电晶体的极化。

由于激光晶体的生长周期长、成本高等缺点，激励人们不断地探索新的激光材料。透明陶瓷就是最近发展起来的一种。采用溶胶-凝胶法合成了用于制备掺钕的钆镓石榴石(Nd3+:Gd3Ga5O12)透明激光陶瓷的多晶纳米粉体。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的晶相和形状进行了分析。结果表明，温度为1000 ℃，灼烧12 h，获得单分散、形状规则、似球形的Gd3Ga5O12(GGG)纳米粉体，且随着烧结温度的提高前驱粉体粒度不断增加。荧光发射的最强峰位于1062.7 nm处，对应于Nd3+的4F3/2→4I11/2能级跃迁。

在惯性约束聚变(ICF)装置中大量使用具有变频特性的水溶性磷酸二氢钾(KDP)类晶体材料。在KDP晶体上镀制薄膜材料成为保护KDP晶体的有效措施。以正硅酸乙酯(TEOS)为原料，采用溶胶-凝胶法和提拉方式制备膜厚λ/4的增透膜，再采用具有高憎水特性、高透射率、低折射率的氟聚合物AF2400在FC-75的可溶解特性，在SiO2增透膜上旋涂AF2400防潮膜。对薄膜的表面形貌、疏水性能、光学性能和抗激光损伤阈值等进行了测试。结果显示，AF2400-SiO2复合光学薄膜表面平整，折射率为1.21，疏水角可以达到110°～120°，抗激光损伤阈值为19.5 J/cm2，是性能优良的疏水光学薄膜，可用于三倍频晶体KDP的保护。

在考虑探测光束光斑尺寸对调制光热反射(MPR)信号影响的基础上，建立了三维的薄膜-衬底体系的激光光热反射理论模型。对利用激光光热反射技术测量薄膜热物性的可行性进行了研究，并对影响调制光热反射信号的材料参数进行了分析。此外，通过数值模拟研究了多参数拟合问题，即利用调制光热反射频响信号同时确定薄膜热扩散率、衬底热扩散率和界面热阻这三个物理参数。结果表明，与已有的径向扫描方法相比，频率扫描方法中的这三个参数之间并不存在高度的相关性，因此采用频响信号进行多参数拟合，可提高多参数拟合的收敛性和精确性。

采用同一电光器件对发射和接收光束同时开关的原理，提出了一种新颖的激光测距方法。光源发出的连续激光被待测目标反射后，往返两次通过光源端的电光晶体，在晶体上施加边沿急速变化的电压，利用其高速响应的开关特性，同时对往返光线产生影响，截取出一段包含激光往返待测距离所需时间信息的光强变化曲线。实验中利用雪崩管电路实现了纳秒级的高压上升沿，并利用单轴晶体的双折射和全内双反射性质，用特殊结构的单块LiNbO3晶体实现了该方法的测距装置。示波器分析的实验结果验证了该方法的可行性，从而为激光测距开拓了一种新的思路。

偏心摄影验光(EPR)是测量人眼屈光状态的一种简便方法。在分析偏心摄影验光仪中新月形的形成过程和瞳孔像的光强分布时，目前所有的方法都是利用几何光学理论并忽略光的衍射作用。为了提高理论分析的准确性，提出一种建立在波动光学基础上的空间变分析法，详细说明了形成新月形的空间变过程，并用计算机模拟出不同屈光度的近视眼瞳孔像及其沿子午方向的光强分布。对比几何光学理论的结论，该方法更为精确。

在高反射率的精确测量中，光腔衰荡系统的腔失调直接影响着反射率测量结果的精度。根据光束传输变换规律和信号叠加方式，利用最小二乘法进行数据拟合，建立了腔失调对衰荡波形的影响模型。通过数值运算，模拟了不同腔长失调或腔镜倾斜下衰荡信号波形的变化情况。通过比较，与实验结果吻合较好。仿真结果表明，将示波器上的衰荡波形用于衰荡腔的精密调节中，可以提高测量精度。分析给出了衰荡光腔实验调节的两个判据:1) 根据衰荡波形的峰值包络线的变化趋势来调节衰荡腔的腔长;2) 根据衰荡波形中相邻奇、偶次脉冲幅值的大小对比调节衰荡光腔的腔镜角度。

对一种使用单一激光源遥感检测甲烷方案的最低可探测的路径-积分浓度进行了理论分析和实验研究，该方案主要采用了频率调制及谐波探测技术。通过理论计算得出了最低可探测甲烷的路径-积分浓度大约为8.7×10-8 m。实验中测得该探测系统的探测灵敏度为8.43×10-6 m/mV，甲烷最低可探测路径-积分浓度为4.2×10-7 m。结果表明该探测系统具有较高的探测灵敏度，完全满足对矿井瓦斯的实时监测要求。

采用激光焊接和熔化极活性气体保护焊接(MAG焊接)两种方法对800 MPa级新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢进行了焊接，研究了焊接热影响区(HAZ)组织、性能的变化规律。实验结果表明，热影响区组织均为贝氏体板条和马氏体-奥氏体(M-A)组元组成的粒状贝氏体;在实验所采用的不同热输入情况下，随着热输入的增大，马氏体-奥氏体组元的平均宽度、总量、形状因子增大，但其线密度减少;在合适的激光焊接条件下，热影响区韧性高于母材;激光焊接接头显微硬度随热输入的增大而减小，均高于母材，未出现明显的软化区。

采用激光相变硬化的方法在电镀前对基体表层预先进行处理，以改善镀层与基体的结合强度，提高其承载能力。借助扫描电镜(SEM)分析镀铬层的组织和界面，对镀层、相变硬化区和基体的硬度变化进行分析，对镀层抗高温烧蚀能力进行测试。结果表明，基体经激光相变硬化处理后，既可以促进镀层外延生长，又可以在镀层和基体之间实现硬度的梯度过渡，从而可以改善结合，缓解应力，提高承载能力，镀层的抗剥落能力和使用寿命得到显著提高。激光相变硬化得到细小的淬火马氏体，位错密度显著增加，表面活性增强，是促进镀层外延生长的主要原因。

小孔效应和小孔的周期性波动是激光深熔焊过程的重要特点。小孔的波动起伏与小孔内气流压力的不断变化密切相关。这一观点通过分析小孔喷发烟流(Plume)高速摄影图像得到了证实。在测定了小孔喷发烟流的速度后，利用流体力学商用软件FLUENT建立了由保护气体、小孔喷发烟流和空气组成的组分模型，模拟了组分气流的质量分数和流场。实验结果表明，小孔喷发烟流的速度并不是一个恒定值，其数值依气流粒子团和小孔出口位置的不同而不同。在小孔喷出气流速度一定的情况下，研究了侧吹气流的流量和输送角度与影响保护区特征尺寸之间的相互关系，给出了氩气保护区和氦气特征保护区随侧吹气流参数改变的变化规律。从组分气流模拟结果看，焊接区组分以辅助气流为主，但其组分质量分数低于0.9。

采用激光焊接技术，对Zr基大块非晶合金(BAA)Zr45Cu48Al7(原子数分数(%))进行了焊接实验，研究在激光焊接下不同工艺参量对焊接接头组织的影响，初步探讨了在焊接热循环过程中焊缝和热影响区的晶化行为。结果表明，在激光输出功率1200 W，焊接速率8 m/min的条件下，成功地获得了无气孔和裂纹等缺陷的焊接接头。焊缝和热影响区均没有出现晶化现象，仍然保持非晶结构。而当激光输出功率不变，焊接速率分别为2 m/min，4 m/min的工艺条件下，焊接后的接头则出现了不同程度的晶化现象。利用光镜和微区X射线衍射(XRD)实验分析确定:2 m/min条件下焊缝和热影响区均出现了晶化现象，晶化相主要为ZrCu相和Zr38Cu36Al26相(τ5);4 m/min条件下焊缝未出现晶化现象而热影响区出现晶化，晶化相主要为ZrCu相和τ5相。

采用热疗过程中组织物性动态变化的光热模型，数值模拟了分别采用漫射光纤加入头和裸光纤加入头时的激光诱导肿瘤间质热疗(LITT)中热损伤体积的变化，并对实际漫射光纤加入头下发光强度不均匀的影响进行了分析。数值计算结果表明，通常情况下漫射光纤加入头产生的热损伤体积远大于裸光纤时的热损伤体积;裸光纤加入头产生的热损伤区域关于光纤端部不是球对称的，漫射光纤加入头产生的热损伤区域近似呈椭球形;漫射光纤产生的热损伤体积对加入头发光强度的非均匀性不太敏感。可见激光光纤加入头形式和发光特性对激光诱导肿瘤间质热疗具有重要的影响。