现代工程结构要求对异种金属材料进行焊接。激光焊接具有密度高、焊缝深宽比大、热影响区窄以及变形小等特点，成为异种金属材料焊接的有效方法。异种金属激光焊接过程包含多种效应，机制复杂。比如，材料性能差异对焊缝微观组织与宏观性能的影响; 焊接熔池的形成、演化机制; 熔池凝固过程焊接缺陷及残余应力形成等。围绕异种金属激光焊接过程中的关键问题，国内外开展了诸多研究工作，对此进行了全面阐述。在此基础上，指出异种金属材料激光焊接研究中的不足及发展方向。

微电子技术的瓶颈和信息技术发展的需求加速了光电子学在硅基材料上实现光信息处理、光电子集成的研究，利用硅基材料制造出高质量的发光器件对光电子学以至整个信息技术均具有重要意义。由于受间接带隙能带结构的限制，天然硅材料具有很低的发光效率，不利于硅光源的实现。通过采用人工改性的方法提高硅的发光效率，多孔硅、硅纳米晶体、掺Er3+硅纳米晶和硅的受激拉曼散射均是目前可实现硅发光甚至硅激光的可行途径。回顾硅发光研究的历史进程，归纳总结了近年来可实现硅发光几种方法的原理、特点以及当前的研究进展。相信随着硅发光效率的提高及器件制备工艺的发展，硅发光研究不久将出现重大突破性成果，并有可能引起新的信息技术革命。

对多路光纤激光输出光束进行合成是获得高功率、高光束质量的输出的有效方法。为了比较不同合成方案的远场效果，对聚焦发射的相干合成和非相干合成光束远场分布进行数值计算，从控制相位误差、光束抖动和阵列占空比等三方面对这两种方案的远场特性进行比较研究。计算结果表明，与非相干合成相比，相干合成能够在远场获得更高的能量集中度，但会受到光束抖动和阵列占空比的严重影响。和通常考虑的平行发射相比，聚焦发射体制对相干合成时相位误差的要求宽松了很多，相位误差均方根(RMS)为π/3时，半径为5.6 cm的圆桶内汇聚的能量仍大于完全相干合成情形下的90%。

报道了一种基于主振荡-功率放大（ MOPA）方式工作的脉冲光纤激光器。为了获得高重复频率、高峰值功率、高光束质量的激光输出，以自行研制的小型激光二极管（LD）抽运声光Q开关Nd∶GdVO4固体激光器作为种子源，采用两级掺Yb双包层光纤串联结构（光纤纤芯直径分别为20 μm和80 μm），对注入功率为2 W的种子激光信号进行放大。最终获得了平均功率103 W的脉冲激光输出，重复频率50 kHz，脉冲宽度12.7 ns，峰值功率达162 kW，光束质量M2=4.3。

利用一个中心波长范围1052.82～1053.12 nm的可调谐半导体激光器和一个波长范围为1053.10～1053.20 nm的窄线宽光纤激光器进行拍频实验。介绍了拍频信号探测的基本原理，设计了实验光路，经过宽频放大器进行信号放大后，采用高频示波器观察到周期10 ns，信号振幅4 mV左右的稳定拍频信号，实现了两种不同类型独立激光器输出光束的拍频测量。利用分光棱镜和F-P腔扫描干涉仪设计了一个两激光光束频率实时对准装置，可以在拍频测量的同时进行激光频率相对漂移的监控，解决了快速频率对准问题。并针对激光器自身频率稳定性较低的情况，提出了采用计算机自动控制实现自动频率对准与频率跟踪的方案。

大功率量子阱半导体激光器输出为线偏振光，而格兰-泰勒棱镜具有双折射性质，能将两种偏振方向相互垂直的光区分开。如果将格兰-泰勒棱镜反方向使用，则能将两个偏振方向的光耦合输出。使用两个中心波长808 nm，输出功率600 W的半导体激光堆栈，一个堆栈的输出光经过1/2波片后偏振方向旋转90°，另一个堆栈偏振方向保持不变，经过格兰-泰勒棱镜做偏振耦合后合成一束。分别经过快慢轴准直、聚焦和慢轴消球差后输出，其中聚焦镜f=100 mm。在工作电流130 A时，电光转换效率约为43%。使用UFF100激光光束质量诊断仪测量，焦斑呈矩形分布，焦斑面积为0.547 mm×5.0 mm，快轴光参积Kf=26.1 mm·mrad，最大输出功率1 kW，激光器系统工作稳定。

烟火抽运激光器以烟火化学反应发出的强光作为光抽运源，火药剂量与排布方式直接影响激光器的出光性能。通过考察药剂量从12～48个之间变化时激光能量的变化，以及比较两种火药排布方式，得出参加反应的化学药剂量及药剂布局影响激光器出光能量的规律。当药柱量在21～30之间时激光能量较高; 两种对称的布局方式中，药柱分布集中、使用电阻丝少的方式有明显优势，药柱分布分散、使用电阻丝多的方式得到的激光能量总体较低。将24个药柱平分作3串，均匀分布在石英管周围，得到1.003 J的激光能量，是早期工作中得到激光能量的30倍，药剂量仅为1/4。

提出增益可调半导体激光器混沌偏振延时双反馈控制方法，分别建立了垂直正交偏振延时双反馈、偏振π/2转动延时反馈控制以及同偏振面方向延时正负反馈激光动力学物理模型等。通过调节激光器外腔光路中的平面镜可控制一平面偏振反馈光的延时时间，或调节一偏振反馈光的偏振面到另一个偏振反馈光的偏振面方向上，或者通过偏振器对偏振光进行相位补偿都可以进行激光混沌控制。数值结果证明该方法可以有效控制激光混沌到周期态等。

利用非共线相位匹配方法，研究了不同极化周期和不同非共线结构下周期极化铌酸锂晶体(PPLN)中的光参量放大(OPA)带宽与增益特性。光谱带宽和增益通过对相位失配进行泰勒级数展开并保留到二阶级数项得到，在计算过程中考虑到了晶体极化周期、非共线入射结构、PPLN晶体长度以及抽运光强度的影响。计算结果表明，参量带宽和增益带宽具有相似的特性，而且PPLN晶体的周期和非共线入射结构会对光参量放大的光谱带宽产生一定的影响，在同一波长处，通过调节晶体周期或非共线结构可以获得更大的带宽。在对增益的研究过程中发现，与增加抽运光强度相比，增加晶体的长度能更有效地增强参量增益，但是PPLN晶体的周期和非共线入射结构对增益几乎没有什么影响。

探讨了红外成像系统实时信号处理算法、硬件结构等关键技术。提出了一种新的自适应两点非均匀性校正(ATPC)算法，该算法以快门为目标场景来实时更新校正参数，能有效克服红外焦平面阵列(IRFPA)响应随时间漂移导致的两点非均匀性校正算法失效问题。采用查找表结构来实现平台直方图均衡(PE)算法，并对PE算法进行了优化，降低了运算量和存储空间需求。硬件系统采用两片同步动态随机存储器(SDRAM)的乒乓缓存结构，在单片现场可编程门阵列(FPGA)上实现了IRFPA的ATPC和PE算法的并行操作。实验结果表明，对320×240的IRFPA，在50 MHz系统时钟下，帧频为60 Hz时系统工作良好，处理后的红外图像质量有了明显改善，系统结构简单便于小型化，能够满足实时动态检测及追踪需求。

以太湖为研究区，通过水面光谱实验采集，地基太阳光度计大气测量，和当天的MODIS遥感影像，联合遥感太湖地区的大气光学特性，提出了一种实验确定气溶胶类型的方法。通过与卫星影像准同步的地面光谱和太阳光度计试验，利用辐射传输模式6S，变化气溶胶类型各组分，建立关于星上辐射的查找表，并利用定义的相对误差参量，在其总误差最小时确定气溶胶类型。将其用于改进后的Mie散射程序来计算大气气溶胶粒子群包括偏振散射相函数等的光学特性，并用于太湖地区大气气溶胶光学厚度的反演中，所得结果参考CE318实测值，反演精度有了较大的提高。该研究方法与结果可为大气气溶胶光学特性计算，大气辐射传输方程，气溶胶光学厚度反演，卫星数据大气校正等遥感应用提供支持。

用改进的盖斯贝格-撒克斯通(G-S)算法对满足加工能力的连续相位板(CPP)进行了设计，并从对焦斑的整形能力、三倍频转换效率、近场强度调制等方面详细分析了基频光CPP和三倍频光CPP的性能优越差异，结果显示，基频光CPP可以满足焦斑的形态要求; 在采用三倍频晶体(KDP)“Ⅰ+Ⅱ”倍频方式下，失谐角越大，转换效率受影响越大，且影响程度受目标焦斑大小的限制; 对三倍频转换效率影响越大，三倍频光近场调制越大。计算结果对神光Ⅲ原型装置的CPP应用具有一定的指导意义。

毛细管放电软X光激光方案是实现小型、台式、高效、经济适用的X光激光器的新途径。为获得稳定而较大的激光能量，对激光输出所依赖的众多参数进行优化是实验研究不可或缺的步骤。主开关结构直接决定着主脉冲电流的波形，继而影响激光输出。经过对三种主开关结构进行实验研究，结果表明：改进的并联金属棒支座圆环-小圆盘型主开关的导通电感比较合适，可产生较好的主脉冲电流。主脉冲电流和激光输出的平均值比改进前分别提高了4%和31%，而出光率比最初的金属圆筒支座圆环-大圆盘型主开关提高了60%。改进的主开关在获得稳定而较大输出能量的情况下仍然继承了金属圆筒支座圆环-小圆盘型主开关的高耐压性，同时保持了激光束较小的脉宽。

利用时域太赫兹波谱系统，研究了超高电场下砷化镓中的非平衡载流子的动态运动过程。研究发现，当电场小于50 kV/cm时，电子运动所辐射出的太赫兹波信号的最初峰值ΔETHz(对应电子在Γ谷中的加速)随着电场的增加不断增大; 当电场大于50 kV/cm时，ΔETHz随着电场的增大逐渐衰减并最终达到饱和。这一实验结果表明，当电场强度大于50 kV/cm时，由砷化镓中的电子的有效加速质量随着电场的增加而显著地增加(在300 kV/cm的情况下电子的有效加速质量约为低电场时的30倍)。导致这一结果的原因是在超高电场的情况下砷化镓中的能带会发生强烈的混合。

温度瞬变是影响惯性约束聚变(ICF)驱动器中大口径光学元件结构稳定性的一个重要的激励因素。采用多通道高精度温度监测仪对原型装置中编组站大口径光学元件环境温度进行了24 h监测，得到了编组站光学元件环境温度24 h温度变化曲线; 采用有限元分析软件建立了光学元件的有限元模型，把温度监测结果作为载荷，对光学元件进行了热结构耦合分析。分析得到了大口径光学元件面形在24 h内的变化曲线，光学元件环境温度24 h内最大变化范围为0.45 ℃，24 h光学元件最大转角变化为1.12 μrad。分析结果表明，光学元件转角最大变化已超过打靶对光学元件稳定性的要求，但通过调整打靶时间，缩短光路准直之后打靶的等待时间可有效提高打靶的成功率。

硼-硝酸钾是一种重要的含能材料，其氧/燃比与药剂的点火和燃烧性能有密切关系。为了掌握氧/燃比与激光点火性能的关系，对不同配比的硼-硝酸钾及其酚醛树脂掺杂物进行激光点火特性实验研究、热力学参数计算分析和热分析。结果表明,硼-硝酸钾的激光点火过程由激光烧蚀、热化学反应和自持燃烧等阶段构成; 随着硼质量分数从30%增加到70%，50%发火的激光点火阈值存在一个最小值，分别为7.6 mJ（m(B)∶m(KNO3)：50∶50）和4.05 mJ（m(B)∶m(KNO3)∶m(酚醛树脂)：40∶50∶5）; 激光点火延迟时间与激光点火能量密度的关系近似为线性递减关系，并且具有较低激光点火能量阈值的配比也具有较短的激光点火延迟时间; 酚醛树脂将B-KNO3的化学反应起始温度从556 ℃降低到548 ℃，化学反应放热量从1.86 kJ/g增大到2.21 kJ/g，提高了激光点火感度和缩短了点火延迟时间。

采用两套光偏转测试装置对不同表面张力液体中激光空泡脉动及溃灭特性进行了实验研究，获得了液体表面张力改变对固壁近旁空泡生长和溃灭过程的影响。结果表明，表面张力延缓了空泡的膨胀过程，加速了空泡的溃灭; 表面张力对空泡溃灭的影响要强于对膨胀的影响; 液体张力越大，空泡脉动周期越短，且空泡对应的最大泡半径越小而收缩所能达到的最小泡半径亦越小。此外，液体张力越大，射流所产生的瞬时冲击力越大，即表面张力加强了液体射流对固壁的空蚀作用。研究结果可为水下激光加工、激光医疗、空化空蚀相关流体力学的研究提供一定的理论和实验支持。

在低气压(25 Pa)快电流前沿(27 ns)下，利用镀金X射线二极管(XRD)测量获得了毛细管放电软X射线激光尖峰输出。研究该软X射线激光输出特性，为其未来的应用打下基础。低气压和快前沿导致等离子体的快速箍缩，此时激光产生于背景光峰值附近，脉宽1.6 ns。实验测量了快速Z箍缩时激光的束散角和增益特性。采用小孔扫描法，测得激光束散角为5.3 mrad。通过改变增益介质长度的方法，测得介质的增益系数为0.45 cm-1，最大的增益长度积为8.28。此外利用单色仪在46.9 nm处测得了激光尖峰输出。

为了了解双色激光对相干布居囚禁(CPT)原子频标和CPT磁场计等设备制备CPT态的特性，开展了用双色相干光对充有缓冲气体的样品泡中热运动87Rb原子制备CPT态的研究。将所有与激光无直接作用的态归结为一个“leaky trap”能态，用一个简化的四能级系统数学模型通过求解光学布洛赫(Bloch)方程对制备CPT态的特性开展了理论研究，重点讨论了热碰撞对于制备CPT态的原子能态的Λ构型中两基态的消相干效应。研究结果表明，热碰撞程度决定系综制备出CPT态的比例，这一消相干机制还造成系综的最大相干度偏离双色光两光强相等处。给出一个简化表达式，用来粗略估计CPT频标和CPT磁场计中消相干碰撞以及激光光强对相干程度的影响。

激光与分子的相互作用是研究光化学反应的关键因素，是激光控制化学反应的一个重要课题。基于一种半经典分子动力学模型模拟超快飞秒激光脉冲诱导的光化学反应，该模型通过含时的派耳斯（Peierls）替代把激光脉冲辐射场的矢势与电子进行耦合，明确引入激光脉冲和分子的相互作用; 基于该模型实现了激光诱导化学反应模拟程序，通过环丁烷及C60的光裂解反应的计算机模拟与实验结果进行对比，结果表明该模拟程序能够真实地重复实验结果，并能够得到许多实验上得不到的细节。为提高大分子光化学反应模拟的效率，对模拟算法进行并行设计并实现; 在大型计算机系统中进行测试，该方法可高效模拟激光脉冲对光化学反应结果的影响，为激光控制化学反应的试验提供信息。

连续波(CW )DF/HF化学激光器喷管中一般有近20%的氟原子复合为氟分子，这是影响激光器抽运效率和激射强度的重要因素。尤其是壁面复合反应对氟原子的损耗占主要地位。通过喷管型面设计等方法减少氟原子的复合效果不甚明显。结合航空领域中气膜冷却方案设想通过在喷管收缩段位置处注入氦气层，隔离氟原子气流与喷管壁面，实现降低氟原子损耗的目的，同时保护喷管壁面及喉道部分避免过度烧蚀。数值模拟结果显示此方法可同时实现对喷管壁面的冷却保护和有效提高氟原子的冻结效率。但注入的氦气将占据部分气流通道，影响主气流在喷管中的传输。在主气流属性保持不变的情况下，喷管出口平面（NEP）上氟原子绝对流率将下降。针对引入的不足，提出了几种改进方案。

为了对H+NCl3+HI体系进行优化，利用Matlab开发了化学动力学模拟计算程序，使用一维预混模型对产生NCl(a1Δ)-I传能化学激光的过程进行了化学动力学模拟计算。考察了不同温度下H原子，NCl3和HI的初始粒子数密度及其化学计量配比对小信号增益系数的影响。固定温度和H粒子数密度，通过在一定的粒子数密度范围内进行扫描计算，确定了最佳的NCl3/H和HI/H配比范围。最后对H，NCl3和HI的化学计量配比对最佳小信号增益系数及增益持续时间的影响进行了讨论。计算结果表明，当温度为400 K，初始H粒子数密度分别为1×1015 cm-3, 1×1016 cm-3和1×1017 cm-3时，最佳小信号增益系数可分别达到2.6×10-4 cm-1, 2.6×10-3 cm-3和2.6×10-2 cm-3，而相应NCl3/H和HI/H的初始粒子数密度化学计量配比分别为45%和11%。计算结果还发现，随温度的逐渐升高，获得最佳小信号增益系数的NCl3/H和HI/H的初始粒子数密度化学计量配比逐渐增大，而获得的最佳小信号增益系数也在增加。

为了研究厄米-拉盖尔-高斯(HLG)光束在分数傅里叶变换(FRFT)面上的变换特性，利用柯林斯(Collins)公式，导出了其通过分数傅里叶变换系统后，在分数傅里叶变换面上的光强分布解析式。并利用此解析式作数值计算，研究了其在分数傅里叶变换面上的光强分布特性。研究表明，厄米-拉盖尔-高斯光束在分数傅里叶变换面上的光强分布受参量α,模指数m,n和分数傅里叶变换阶数p的影响。光强分布随p和α周期性变化，周期分别为2,2π。此外，厄米-拉盖尔-高斯光束通过分数傅里叶变换系统后，光束形状保持不变。

从理论上对无衍射贝塞耳（Bessel）光束的光强分布进行描述，模拟了贝塞耳光束经过障碍物后，不同传播距离的二维光强分布。进行了贝塞耳光束二次重建的实验，测定了相关的参量。实验所用障碍物的大小分别为400 μm,520 μm时，其最小重建距离分别为44 mm,60 mm。这说明障碍物的尺寸越小越容易重建。理论与实验证实，在一定的条件下，被障碍物阻碍的贝塞耳光束在自由空间里可以重建并且可以多层面地重建，研究结果可用于多层面微粒的操控。

采用分步傅里叶方法对广义薛定谔方程进行数值求解,研究了光子晶体光纤(PCF)中拉曼自频移用于全光模数转换器（ADC）中的光量化过程。计算结果表明，脉宽300 fs,中心波长1550 nm的高斯脉冲入射到长15 m的光子晶体光纤中，入射脉冲峰值功率在110～180 W之间变化时，由拉曼自频移形成的拉曼孤子的中心波长随功率近似线性变化，有60 nm的动态变化范围，可以达到3 bit的量化精度。

采用单丝纤维拔出法研究光纤智能复合材料中光纤与基体之间界面的剪切强度。为了测量光纤拔出拉伸力，设计了小量程的力传感器，该传感器设计灵敏度为1.91 mV/V，标定结果表明其测试结果不受载荷作用位置的影响。单丝拔出试验研究发现无论光纤埋入长度多短，光纤单丝拔出试验过程中，在埋入端附近总是发生涂敷层破坏，埋入基体部分断在其内部，而纤芯(包括包层)从残留在基体内的涂敷层中拔脱出来的现象。有限元分析结果表明，光纤埋入基体中，埋入的涂敷层在基体材料端面附近会出现应力集中，且埋入长度越短，应力集中程度越大。采用单丝拔出法无法得到光纤与基体结构之间的界面剪切强度值，但试验现象表明，光纤涂敷层与树脂之间是浸润的。

从光纤中包含饱和非线性和高阶色散的耦合非线性薛定谔方程组出发，采用线性稳定性分析法，研究了高阶色散和饱和非线性对双光束交叉相位调制不稳定性的综合影响。研究表明，当四阶和二阶色散系数同号时,调制不稳定性增益谱可能出现一个新的远离零点的第二谱区，且该谱区由两个始终相连的小谱区组成; 第一谱区的谱峰与第二谱区中靠近零点的小谱区的谱峰相当; 在其他色散区，增益谱只存在一个谱区。而饱和非线性的存在则使每个谱区的谱宽、峰值增益大小随入纤功率的增大呈现出先增大后减小的特点，即对每个谱区而言，将出现两个不同的输入功率对应同一个不稳定增益峰值和谱宽的情形。

提出了一种利用光纤光栅中法拉第效应和测量差分群时延(DGD)的直接测量磁感应强度的新方法，给出了理论分析和实验结果。当有外加磁感应强度时，光纤光栅中的法拉第效应致使两个圆偏振光的传播常数改变，从而导致光纤光栅的群时延发生改变。仿真结果表明，外加磁感应强度与DGD峰值在一定的测量范围内存在线性关系。分析了光纤光栅对测量性能的影响。实验结果表明，测量磁感应强度的灵敏度为1.3 ps/T，利用现有精度为10-5 ps的光矢量分析仪得到最小可测磁感应强度为10-5 T, 实验与理论吻合较好,证明了该方案的可行性。

由于在高光学深度下，比尔-朗伯特(Beer-Lambert)定律的线性近似不再成立，波长调制光谱（WMS）中常用的偶次谐波探测失效。比较研究了适用于高光学深度的对数光谱方法和比值方法，理论研究了这两种方法的测量分辨率以及信号幅度随光学深度变化的规律，研制了一套波长调制光谱光纤甲烷传感器。得到了对数方法中光源功率调制的傅里叶系数表达式; 研究了制约对数光谱方法和比值方法分辨率的因素。研究表明，对数光谱方法的测量分辨率高于比值方法2～3个数量级。

利用激光脉冲抽运40 m的色散平坦光子晶体光纤(PCF)，通过四波混频(FWM)效应获得了高质量、高计数率的纠缠光子源。实验测得信号与闲频光分别处于1545 nm和1555 nm处。光子对的符合与偶然符合比可达8，对应的符合速率达1.43 kHz。理论结果与实验结果基本吻合，该系统可作为量子密钥分发系统的光源，误码率可小于6%。

为了研究体全息光栅波分复用器件的波长选择性，采用532 nm绿光透射式记录的方法在一块双掺铟铁立方型铌酸锂晶体中先后记录了具有不同光栅尺寸比的有限尺寸体全息光栅，用光通信波段红外可调谐激光器对这些光栅分别进行了正交式读出。光栅尺寸比为4∶3，4∶2和5∶2时得到的波长选择性曲线的3 dB带宽分别为0.48 nm，0.45 nm和0.43 nm，对应的布拉格中心波长均与理论预测值吻合得很好。表明在用通信波长对体全息光栅进行读出时，随着光栅尺寸比的增大，波长选择性曲线的3 dB带宽会减小。通过选择合适的光栅尺寸比可以明显改进体全息光栅波分复用器件的波长选择性，从而达到密集波分复用的需求。

详细介绍了一种基于背投显示设备的裸眼立体显示方法，可实现观众在不佩戴特殊眼镜的情况下观看有立体效果的视频。不同于现在广泛采用的光栅方法，提出算法基于DLP特有的成像原理，更改原先的单片DMD投影为左右两片DMD交替投影，将对应于左右眼的视频帧按时间顺序交叉处理后，依次投射至屏幕上。和使用分光眼镜或者是采用光栅来分离左右眼接收光不同的是，提到的方法采用特殊的透镜屏幕，可以有效使得左右眼分别看到互不干扰的视频对，从而产生视差。实际观测效果证明方法在清晰度和观看视角方面都具有更优的性能，并且降低观看和视频源获取的复杂度。

利用透镜的傅里叶变换性质，并采用电寻址液晶等关键器件，研制成功光电混合联合变换相关器，实现了对复杂背景目标的准实时探测和精确定位。相对于传统的4f系统，具有识别精度高、识别速度快等特点。由于从图像传感器采集到的运动目标图像信息含有各种畸变形式(如位移、旋转、比例等)，使得运动目标实时自动识别与跟踪变得困难。提出了梅林(Mellin)变换的方法，对梅林变换的原理及算法进行了深入研究，并进行了光学实验，得到了较好的实验效果，解决了目标尺寸不变问题。作为实例，给出了高空拍摄的航空图片的实验结果。目标的大小是模板的150%，经梅林变换处理后得到了较强的相关输出，该算法在光电混合目标探测领域具有一定的实际应用意义。

根据测量热扩散率的光声压电(PAPE)技术简化热弹理论，分析了该方法中样品厚度、热扩散率大小对测量结果的影响以及PAPE技术的适用范围。介绍了基于简化热弹模型理论的PAPE技术，得出了简化的光声压电信号幅度和相位与调制频率的相互关系; 根据PAPE技术理论分别对相同厚度不同材料热扩散率测量的灵敏度和不同厚度同一材料热扩散率的测量误差进行理论分析; 通过实验分别对厚度约为2 mm的紫铜、铝、黄铜、铁和碳钢(含碳0.5%)以及不同厚度的铝和黄铜进行测量，验证理论分析结果。结果表明,PAPE技术测量热扩散率较大、厚度较厚的材料更加精确、有效。

在分析影响Hartmann-Shack(H-S)传感器质心探测精度因素的基础上，提出结合自平方算法、大津算法、光斑位置区域自适应标定、回归局部阈值法等方法，给出一套适合波前像差测量的质心自适应探测方法，该方法具有准确、自适应性强的特点。经验证，与传统的质心探测方法相比，该方法能准确识别并保留更多的有效光斑信息，提高质心探测的精度，扩大H-S传感器的适用范围。

复杂物体的快速三维测量是光学三维轮廓术的难题之一。提出了基于调制度比的光学三维测量新方法，设计了基于共轴光路的测量系统。理论分析表明，在几何光学近似下，物体表面一点调制度比的对数与该点的高度成正比，因此可以用调制度比作为物体高度的载体。通过标定建立高度与调制度比的查找表，测量时利用CCD在两个不同的位置分别获取物体表面的光栅信息，利用傅里叶变换方法计算相应物点的调制度并计算比值，根据调制度比值通过查找表得到相应物点的高度信息。该方法采用共轴光路，有效避免了阴影和遮挡问题; 采用调制度比作为物体高度测量的载体，只需要两幅光栅图就可以得到物体的高度信息，具有测量快速的优点。对高为79.51 mm的台阶测量的相对误差为0.86%，实验结果证实了该方法和系统的有效性。

采用声光调制器设计了一种透射式外差干涉椭偏测量系统。实验测量了单层透明氧化铟锡(ITO)膜，膜厚和折射率测量误差分别达8nm和7%。采用琼斯矢量法分析了金属反射镜引起的光束椭偏化对测量结果的影响。从光学系统中移出被测样品得到的标定数据，可以消除金属反射镜本身退偏效应的影响，但无法消除退偏效应和方位角误差共同作用所引入的椭偏参数测量误差。计算结果表明，退偏效应和方位角误差共同作用引入的膜厚测量误差可达4 nm左右，该误差与薄膜参数无关，与方位角误差近似成线性关系。

提出了采用每个线性相关通道组共享一个监视通道的简化对称归一化方法，并对标准归一化、对称归一化和简化对称归一化的估计偏差进行了理论分析。理论分析表明，对称归一化和简化对称归一化有相近的估计偏差，标准归一化方法的估计偏差较大。采用三种归一化方法，对90 nm，1000 nm及90 nm与1000 nm混合的标准聚苯乙烯乳胶颗粒进行了实验。实验结果表明，标准归一化自相关函数平均估计偏差和最大估计偏差分别是对称归一化和简化对称归一化的2.5～3.5倍和4.5～8.5倍; 与对称归一化方法相比，简化对称归一化方法只需增加少量的附加通道资源，即可有效解决在多tau相关结构中存在的大延迟时间的归一化光强自相关函数偏差增大问题。

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备了Eu3+掺杂SiO2基质发光材料，分别用荧光(PL)光谱、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)等分析手段对样品进行了表征，研究了退火温度以及掺杂浓度对发射光谱的影响，并对其发光机制进行了分析。薄膜样品在258 nm光激发下,在620 nm，667 nm处出现了比较少见的双峰红光发射,而620 nm处的光发射最强，说明Eu3+离子处在对称性较低的配位环境中。退火处理温度对样品的发射光谱影响很大,经900 ℃退火处理的样品发射强度最强。随着掺杂浓度的变化,改变了Eu3+ -O2-间的距离,在相同紫外光激发下O2-外层的电子迁移到Eu3+ 4f轨道上的能量变化，使得谱线位置出现了移动。

用能量为2.0 MeV剂量为2×1016 ion/cm2 He+离子室温下注入到z切的氧化锌晶体中形成光波导。退火前后用棱镜耦合法在633 nm激光波长下测量波导的暗模特性，发现在空气中经过适当退火后暗模消失,说明晶格损伤减少，进一步的退火处理有可能使晶格损伤完全恢复。用TRIM ′2003程序模拟了2.0 MeV He+离子注入到氧化锌晶体的过程，得到氧化锌损伤分布与穿透深度的关系曲线，并利用反射计算法重构了离子注入波导的折射率分布, 发现在波导区折射率增加，在离子射程的末端有一个折射率降低的光学位垒,结果还显示折射率分布曲线与损伤分布曲线非常相似，这充分说明核碰撞所造成的晶格损伤是形成光波导的主要原因。

分析了二维平行板波导与近零材料(ENZ)的电磁相互作用，证实了近零材料的电磁压缩和超耦合效应。通过改变近零材料区平行板波导的几何形状，发现二维平行板波导存在低频谐振峰、特征峰和高频谐振峰，低频峰的位置由近零材料决定，高频峰的位置由几何形状决定。在超耦合区填充不同介电常数的材料，发现谐振峰产生红移，并且低频峰位于特征峰的左侧。基于近零材料的特性，提出光传感器和光功分器两个应用方案，在1.2～2 μm波段，光传感器的灵敏度为Δλ/Δε=100 nm; 在1.3 μm波段，光功分器的插入损耗接近0 dB。仿真结果表明近零材料具有特异的电磁性能，可用于设计光传感器和光分配器，有望在光通信和光电子器件领域得到广泛应用。

利用对-硝基苯基重氮氟硼酸盐和聚酰胺酸进行重氮偶合反应，再经过酰亚胺化反应，合成了侧链含偶氮苯发色团的聚酰亚胺非线性光学材料(NLOPI)。在室温下测试了NLOPI的光致变色性能，研究了激光作用时间和激光功率密度对光致变色性能的影响。研究发现，在波长为532 nm的YAG激光作用下，随着激光辐射时间的延长和激光功率密度的增大，NLOPI在360 nm处的吸收增强，而在500 nm处的吸收减弱。采用单光束Z-扫描技术，系统地研究了NLOPI三阶非线性光学特性。研究表明，侧链含偶氮苯发色团的聚酰亚胺为自散焦介质，其非线性折射率n2为-1.62×10-7 esu,非线性折射系数γ为-4.04×10-14 m2/W,非线性吸收系数β为3.98×10-8 m/W,三阶光学非线性极化率χ(3)为3.41×10-18 m2/W。

在理论分析优化的基础上，以BK7玻璃和石英为基底的高反射光学薄膜为样品，采用强度调制的连续激光作为激励光源，实验研究了表面热透镜(STL)技术和光热失调(PTDT)技术的信号幅值随激励光调制频率的变化关系，分析比较了这两种方法在测量光学薄膜吸收损耗方面的灵敏度。实验表明，光热失调技术具有构型优化简单、实验操作难度低和测量空间分辨率高等优点，对于具有较高反射率温度系数的高反射膜等样品，采用光热失调技术有利于提高薄膜吸收损耗测量的灵敏度。实验结果与理论分析基本一致。

以Zr(OC3H7)4为前驱体，乙酰丙酮为络合剂，在盐酸的酸性条件下，于乙醇溶剂中水解制备ZrO2溶胶。采用粘度、红外(IR)光谱、折射率、热分析(DSC)、原子力显微镜(AFM)等测试手段对溶胶和薄膜性能进行表征。结果表明，制备的ZrO2溶胶具有比较好的粘度稳定性，加入聚乙烯吡喏烷酮(PVP)对溶胶稳定性影响不大; 经500 ℃热处理后，膜层折射率可达1.91;薄膜表面均匀平整; 加入PVP能提高膜层的激光损伤阈值(LIDT)，ZrO2膜的激光损伤阈值为19.6 J/cm2(1064 nm，1 ns)，ZrO2-PVP膜的激光损伤阈值为23.3 J/cm2(1064 nm，1 ns)。

在真空蒸发镀膜过程中，元件面形的改变主要决定于基底应力(包括自重应力与残余应力)在镀膜前后的分布状态。通过建模定性分析发现，基底的自重应力在薄膜沉积前后施加并撤除的状态变化，会导致薄膜与基底界面产生相互制约的应力，由此引起的基底形变幅度微小，基本可忽略不计; 因此，基底的残余应力是导致真空蒸镀过程中基底面形变差的主要因素。在抛光前对基底进行精密退火处理，可以有效地消除由基底残余应力引起的无规则形变。

利用光束变换技术得到不同光斑形状和不同强度分布的光束，可满足表面硬化所需要的硬化层均匀性等要求。激光硬化在材料表面产生的实际效果与光强分布密切相关，利用特定光强分布的光束进行激光硬化可以得到所需要的温度场及组织分布，直接影响材料表面硬化的效果。对高斯光束圆光束、平顶矩形光束、曲边矩形光束、点阵光斑等不同强度分布的激光表面硬化(LSH)技术进行了介绍。硬化层特定的硬度分布及组织结构等硬化效果是特定光强分布激光束与材料相互作用的结果，要获得所需硬化效果，则需要利用反求方法设计与硬化效果相对应的特定光强分布的光斑。给出了特定光强分布的激光表面硬化技术的发展趋势。

激光淬火枪头相对于工件表面淬火区的倾角直接影响着淬火区域温度场的变化，进而影响淬火表面硬度均匀性。根据五轴激光淬火机床的结构特点，要求在淬火过程中工件表面瞬间淬火区域的法矢须垂直于XOY坐标平面以保证激光淬火质量。提出了利用瞬间淬火区域的四个边界点所组成的两个平面的法矢来确定工件的最佳姿态，并且给出了具体确定四个边界点的计算方法。建立了保证工件最佳姿态的数学模型，利用遗传算法求解出实现最佳位姿C轴A轴的位置角。最后通过对一个具体的三次B样条曲面进行实例计算，验证了该方法的可行性。

为了研究光纤激光软钎焊中激光脉冲频率和扫描方式对焊接质量的影响，通过用12 W的100%功率的SP-12P型脉冲式光纤激光扫描软钎焊系统在覆铜板上对Sn-Ag-Cu无铅钎料进行软钎焊实验，并对不同脉冲频率、不同扫描方式下的激光软钎焊技术进行实验研究。结果表明，在直线扫描方式下，高于超声波频率的500 kHz脉冲激光束作用于焊点时，会在钎料与焊盘之间的界面处发生空化作用，破碎氧化膜，使钎料在焊盘上润湿铺展，实现脉冲激光对无铅钎料Sn-Ag-Cu在覆铜板上的扫描软钎焊。

利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等手段对高铬钢轧辊激光熔凝层的显微组织、相结构、回火稳定性及高温耐磨性能进行了分析。结果表明，高铬钢激光熔凝处理后剖面区由熔凝区、热影响区(HAZ)和基体组成。基体组织为回火马氏体和网状M7C3型碳化物，激光熔凝处理使基体中脆性碳化物完全溶解，表面熔凝区组织得到高度细化，呈现组织梯度，生成奥氏体和M23C6型碳化物，热影响区由隐晶马氏体、残余奥氏体和弥散的碳化物组成。激光熔凝区由于细晶强化、固溶强化和位错强化的共同作用，回火稳定性明显提高，560 ℃回火后出现二次硬化，峰值硬度达到672 HV。高温滑动磨损条件下激光熔凝层具有优良的耐磨性能。

研制了扫频光学相干层析技术(SS-OCT)系统。该系统基于快速扫频激光光源，将轴向扫描频率由原来时域光学相干层析技术(OCT)系统的500 Hz提高到20 kHz。采用了基于OCT系统本身的预标定方法,实现了波数空间的线性校正。针对扫频光源光谱的非高斯型分布，对干涉光谱实施了基于窗口函数的光谱整形。对于干涉光谱中的直流项和自相关项，除了采用平衡探测共模抑制外，还运用了减除平均值的软件处理方法。系统纵向分辨率14 μm，横向分辨率12 μm，在空气介质中的成像深度3.9 mm，利用研制的SS-OCT系统，成功实现了手指组织样品的快速OCT成像。

为了研究不同剂量X射线对食管癌（EC9706）细胞的辐射损伤,经不同剂量X射线照射后继续培养24 h，利用拉曼光谱分析其内部蛋白质、核酸、脂类等构象和含量变化。实验结果表明,各剂量组拉曼光谱的峰强和频移与空白对照组之间存在较大的差异。对照组光谱中某些谱带在个别剂量组消失，如蛋白质主链中C-N振动1114 cm-1谱带在各剂量组中消失，脱氧核糖Dr振动谱带895 cm-1仅存在于8Gy组，937 cm-1谱带仅存在于12Gy组，膜脂中膜结合β-胡萝卜素的C=C振动谱带1523 cm-1仅存在于6Gy组。这些特征谱带在不同剂量组光谱中的变化，为进一步研究X射线辐照EC9706细胞的最佳剂量提供了一定参考。