利用Nd:GGG晶体开展了非稳腔的设计研究，通过对抽运系统的优化设计，使抽运均匀性提高到94%；建立了热力学计算模型，计算得到了激光介质的温度分布，实验验证了计算模型的可靠性；利用非稳腔理论分析模型优化了非稳腔的设计参数，实现了输出功率大于10 kW、平均光束质量为5.84倍衍射极限的激光输出。

报道了一种基于大模场光纤级联放大的全光纤高峰值功率纳秒脉冲产生系统。将单模光纤前端系统输出的10 ns、100 nJ任意整形脉冲输入由芯径15、30、140 μm的掺镱大模场光纤级联构成的光纤放大器放大，获得了能量3.2 mJ、峰值功率0.3 MW的整形纳秒脉冲。研究了该光纤系统极限输出能力，在高斯脉冲注入的情况下实现了光纤系统10 ns/7.2 mJ/0.7 MW高能量和1.16 ns/3.7 mJ/3.2 MW高峰值功率输出。

采用全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构皮秒脉冲激光器作为抽运源，搭建同步抽运光参量振荡器(OPO)，实现了中红外波段的皮秒脉冲激光输出。光纤激光器输出脉冲重复频率为52 MHz，脉宽约20 ps，中心波长1064 nm。使用一块长50 mm、极化光栅周期为30.5 μm的周期极化掺镁铌酸锂(PPMgLN)作为非线性频率转换晶体，采用信号光单谐振腔结构，在抽运功率5.2 W时获得了平均功率为0.67 W的闲频光输出，中红外参量转换效率为12.9%，斜率效率达14.5%。通过改变晶体温度的方式实现了输出波长在1.544~1.608 μm(信号光)和3.15~3.42 μm(闲频光)范围内的调谐。从腔长同步匹配的角度讨论了该OPO系统的输出稳定性。

无衍射贝塞尔(Bessel)光束在湍流大气中传输时受到的扰动较小，因此适合于大尺寸准直测量。为了克服传统轴棱锥产生较短无衍射距离的局限，基于传统正、负轴棱锥的光传输特性，提出了两种用于产生长距离无衍射贝塞尔光束的组合轴棱锥。利用光线追迹法和衍射理论模拟了组合轴棱锥的光传输特性。结果表明，两种组合轴棱锥的光传输特性与传统正轴棱锥等效，且能够产生高质量的长距离无衍射贝塞尔光束，而且降低了元件的加工难度。

利用波动方程，研究了超短脉冲艾里(Airy)光束在自由空间传输时的空间诱导群速度色散（SIGVD）效应，并分析了影响SIGVD大小的因素。通过数值模拟，发现二阶SIGVD效应导致脉冲艾里光束在时域展宽，三阶SIGVD效应导致光束在时域出现非对称的拖尾振荡结构，这表明时域也为艾里分布的光束。因此，通过补偿二阶SIGVD效应，利用三阶SIGVD效应，即可在自由空间形成时空域均为艾里分布的Airy-Airy-Airy光束。

基于非稳态场的相干理论，推导了部分空间相干部分光谱相干双曲余弦高斯脉冲电磁光束在自由空间传输时交叉谱密度矩阵的解析公式。结果表明，双曲余弦高斯脉冲电磁光束的光谱密度、偏振度和相干度与离心参数、光束的空间相关长度、时间相干长度和场点位置等因素有关。部分空间相干部分光谱相干高斯谢尔模型脉冲电磁光束、完全光谱相干高斯脉冲电磁光束和完全空间相干高斯脉冲电磁光束可作为特例给出。

针对四薄片串联结构，利用ABCD传输矩阵方法对谐振腔进行优化设计。采用四片Nd:YAG薄片串联，谐振腔采用双凹对称腔，实现了2.15 kW的激光输出，验证了激光二极管(LD)抽运薄片激光器的定标放大能力。

为了提高激光系统的整体效率，需要输出激光具有特定的光强分布。基于并行梯度下降(SPGD)算法的自适应光束整形方法凭借其良好的适用性得到了迅速发展，然而其整形效果较大程度地受到目标光束尺寸的影响。提出一种新的光束整形方法：采用SPGD算法对入射光束进行近场整形后通过控制4f系统得到需要口径的光强分布。研究了理想高斯光束和含静态像差高斯光束的光束整形效果，同时对其光束口径的可控性进行了模拟分析。研究结果表明，设计的整形系统可以有效地实现有无波前畸变的入射光束的任意口径光束整形，具有更好的适应性和实用性。

对于O2，O2/He，O2/Ar等的气体放电过程，进行了玻尔兹曼方程的计算求解，获得了电子能量分布函数、平均电子能量、能量利用效率等参数。计算结果表明，获得的电子能量分布函数呈现出典型的非麦克斯韦型分布，这说明在较低的电场强度下不宜采用麦克斯韦型分布的电子能量分布函数。在同样的约化场强(E/N)下纯氧放电的平均电子能量最低，加入载气He和Ar后平均电子能量增加。同样氧气含量的O2/He和O2/Ar混合物，其平均电子能量随着约化场强的变化曲线存在一个交叉点，当E/N较小时，O2/Ar的平均电子能量较高，而当E/N较大时O2/He的平均电子能量较高。添加NO气体对击穿场强影响不大，因此在放电气体中引入NO，降低电离能进而降低约化场强E/N并不是提高单重态氧产率的主要因素。当氧气中含有15%的单重态氧O2(a1Δ)时对平均电子能量有一定的影响，但并不显著。纯氧放电的最佳约化场强为10 Td，随着O2含量的降低，最佳约化场强也逐渐降低。平均电子能量随着放电频率的变化先是有一个平台期，然后开始一直下降。用于激发O2(a1Δ)的电子能量利用效率随着放电频率的变化在E/N不同时有所不同，10 Td时一直下降，但50 Td时则呈现出先上升后下降的趋势，存在着一个最佳放电频率，300 K、1333.22 Pa时的最佳放电频率为10 GHz。

报道了通过三级功率放大系统(LD抽运双程放大系统、LD双端抽运放大系统和LD单端抽运放大系统)，获得平均功率50 W以上的1064 nm皮秒激光输出。当皮秒振荡器种子注入功率为6.67 W时，经过功率放大系统，最高功率达到53.7 W，光光转换效率为30.07%，皮秒脉冲宽度为10.45 ps。采用非线性晶体LBO作为倍频(SHG)晶体，实现平均功率最高达27.16 W，重复频率80 MHz，脉冲宽度小于10 ps的532 nm绿光输出，SHG效率达50.58%。整体设计在实现高的SHG效率的前提下，保证不损伤SHG晶体，使系统连续稳定工作8 h以上。

为了研究激光喷丸强化对镁合金耐蚀性能的影响，采用钕玻璃激光对AM50镁合金表面进行喷丸强化实验。结果表明，当激光功率密度约3 GW/cm2时，表层材料发生塑性变形，致密度、硬度提高并产生较大的残余压应力，表面残余压应力高达146 MPa。电化学极化曲线测试结果显示，激光喷丸表面的自腐蚀电位和点蚀电位较未处理试样分别提高了64 mV和92 mV，腐蚀电流密度降低了88.6%。在盐雾环境下连续喷雾20 h后，未处理试样表面较激光喷丸试样表面出现了更多更大的点蚀坑，激光喷丸后镁合金表面的腐蚀面积减小了84.7%。激光喷丸强化使镁合金表面的耐蚀性能得到了显著提高。

为研究NZ30K稀土镁合金和AZ31镁合金的异种材料激光焊接，对采用CO2激光焊成的AZ31与NZ30K异种对接焊接头组织和性能进行了分析。在激光功率为4~5 kW，焊接速度为4 m/min时获得了成形良好的异种镁合金焊接接头。对获得的焊接接头进行了接头组织分析、焊缝区合金元素分布及析出相的分析及接头硬度和拉伸性能的测量。金相观察发现，异种镁合金激光焊缝是两种母材的熔合，在宏观上两种母材成分未完全混合在一起，且相应成分的组织区域呈波浪状夹杂态。X射线衍射(XRD)检测显示焊缝中存在α-Mg、Mg17Al12及Mg12Nd等相组织。扫描电镜(SEM)观察进一步显示了焊缝区存在着不同化学成分区域，焊缝晶粒显著细化。接头元素分布情况表明焊缝合金元素的分布由一侧熔合线至另一侧熔合线存在明显的浓度梯度。焊缝硬度不低于母材硬度；接头抗拉强度为169 MPa，低于两种母材的抗拉强度。

针对激光再制造技术自动化、柔性化和智能化的发展方向，开发了一种符合工业应用的集成化大功率柔性激光再制造系统，该系统利用机器人和激光器现有的接口，进行了系统集成的软硬件设计。开展了激光同轴送粉系统和温度检测视觉系统研究，实现了三维激光熔覆以及激光熔池温度检测。应用该系统对钻铤和大型车床导轨进行了激光再制造，取得了良好的效果。

研究了时效热处理对激光立体成形17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)沉淀硬化不锈钢组织及力学性能的影响。光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观测结果表明，经过时效热处理后，激光立体成形17-4PH不锈钢的微观组织主要由淬火马氏体、回火马氏体和第二相强化质点组成。随着时效温度的升高，构成基体的马氏体板条变得更加细小均匀，淬火马氏体向回火马氏体的转变增多，且板条间的第二相质点逐渐粗化，数量逐渐增多；晶界变得更加清晰、细长。热处理后材料的塑性比沉积态有显著的提高。480 ℃时效处理时，材料的强度、硬度达到最大值；随着时效温度的升高，材料的强度、硬度逐渐降低，塑性逐渐提高。热处理后试样的拉伸断口均呈现韧性断裂特征，并且随着时效温度的升高，纤维区和剪切唇越来越大，韧窝尺寸及深度逐渐增大。

通过使用两种不同波长的飞秒激光脉冲分别与硅材料相互作用，证明了在相同的激光通量下，激光功率和脉冲数之间的比例将对硅表面微结构的形成起决定性作用。在飞秒激光与硅表面相互作用的过程中，脉冲数表征激光与样品之间的作用时间长短，决定了能量传递到材料内部的深浅程度；而激光功率则表征硅表面材料的消融与挥发程度。因此，恰当地选择激光功率和脉冲数能有效形成表面具有较高尖峰的微结构硅，从而获得在宽光谱范围内均具有高吸收效率的微纳硅基光伏材料。这一结果对表面微结构材料的有效制备、表面形态控制，及其相应的光电属性等都有着重要的意义。

发展了一种新的强化方法基于激光冲击的纳米颗粒注入强化，即利用激光冲击产生的GPa量级压力将预置的纳米WC颗粒注入铝合金表面实现复合强化。激光冲击强化技术利用光致冲击波作用材料表面，引入残余应力，提高材料表面性能。作为一种冷加工手段，这种方法避免了铝合金常规热强化方法容易产生的低熔点元素烧损、气孔、裂纹等缺陷，也避免了常规添加纳米材料强化时纳米颗粒由于熔点较低所造成的熔化凝固而失去纳米特性的问题。研究了激光冲击纳米WC颗粒的工艺、参数影响，复合强化层的硬度、残余应力和摩擦学性能等。 研究表明，激光冲击注入WC纳米颗粒增强复合涂层表面硬度相对初始状态提高了20%，表面残余应力状态由拉应力状态转变为压应力状态，其耐磨性是原始铝合金的5倍，是单纯激光冲击的1.5倍。

提出一种基于相位补偿的改进内窥超声合成孔径方法，校正因超声波衰减造成的回波相位失真，提高系统的分辨率。分析了超声回波在人体内部传播过程中产生的纵向与横向衰减，得到回波衰减与超声波中心频率及合成孔径系统横向分辨率的变化关系；采用纵向分段互相关的方法估计衰减引起的纵向回波的中心频率变化，补偿超声波波长变化造成的横向回波相位畸变；并对距离弯曲校正后的横向回波进行横向互相关，补偿距离弯曲校正后残留的距离弯曲量，改善横向匹配滤波器的脉冲压缩效果。仿真与实验结果表明，经纵向与横向二维相位补偿后，系统的横向分辨率和信噪比较未加补偿时分别提升了0.2 mm和1.6 dB，证明了改进超声内窥合成孔径方法的有效性。

利用偏振敏感光学相干层析(PS-OCT)成像技术可以测量鸡肉新鲜度对鸡肉相位延迟的影响。给出了两种组织变质过程中PS-OCT的测量结果，通过组织双折射光学特性的数据提取反映了鸡肉脱水和水解两种不同过程。脱水过程主要影响组织的折射率和微纤维尺寸，双折射随鸡肉脱水程度增加而增大，过程由表及里，最后随深度均匀分布。水解过程主要影响组织中纤维状散射单元的比例和分布一致性，双折射随鸡肉水解状态而减弱，过程是由里及表，最终随水解完成而消失。实验结果显示了PS-OCT测量能够反映组织变质过程的结构和光学特性，并具有成为检测肉类新鲜度方法的潜力。

提出一种用于智能服装中体温与心音同步检测的光纤布拉格光栅(FBG)波长解调方法。基于可调谐法布里珀罗(F-P)滤波器实现了分布式多光纤光栅的高精度静态波长解调和单光纤光栅的高速动态波长解调。利用梳状滤波器实现F-P控制电压与输出波长关系的实时校准，提高了静态波长解调的精度。通过在控制电压中加入扰动信号，使F-P滤波器中心波长在工作点处保持稳定，实现长时间的动态解调。实验结果表明所设计的解调系统静态波长解调精度可达±5 pm，重复性在5 pm以内。动态波长解调范围理论值为225 pm，实测可达203 pm。系统频率响应3 dB带宽设计值为1 kHz，实测值为950 Hz左右。在心音信号主要集中的20~200 Hz频段内，频率响应基本一致。

通过将单芯单模光纤与多芯光纤纤芯对准熔接后，再在多芯光纤任意位置进行热熔融拉锥，实现多芯光纤光功率的高效耦合注入和光功率在各个纤芯中分布比例的控制，解决了由于多芯光纤结构特殊引起的光源光功率难于直接注入的问题。基于光纤耦合模式理论建立多芯光纤各纤芯之间的耦合模方程，得到各个纤芯中光功率变化与耦合长度之间的变化曲线，并与实际耦合实验结果对比，验证此方法的可行性。研究结果可为多芯光纤光学器件的发展提供潜在的应用价值。

通过在全固态光子带隙光纤的纤芯中心处掺入高折射率锗，形成具有微结构芯的混合型导光的全固态光子晶体光纤。采用全矢量有限元法，对光纤的导光机制、模场、损耗、色散等特性进行了数值分析。结果表明，中心高折射率棒的半径从0开始增大，小于包层高折射率棒的半径时，基模有效折射率由靠近带隙下边界处开始向上移动，导光机制由带隙效应导光向混合型导光转变，损耗随之降低。在短波处，全内反射效应占主导，带隙边缘对损耗的影响减小，损耗曲线逐渐表现出随波长单调递增的特性。长波处，导光机制以带隙效应为主，损耗曲线整体下移。通过改变中心棒的大小，可以灵活调节光纤的零色散波长。研究结果表明，当中心棒的半径为0.5 μm时，零色散波长向短波方向移动30 nm；半径为1.2 μm时，零色散波长向长波方向移动230 nm，调整带宽达到260 nm。

采用梯度折射率光纤透镜耦合法实现了半导体激光器到单模光纤的高效率耦合，并在这一系统基础上完善了半导体激光器全光纤耦合的ABCD矩阵理论。实验中，利用梯度折射率光纤的聚焦特性，选取合适的长度，实现了半导体激光器到单模光纤的高效率耦合，最大耦合效率达80.5%。此全光纤耦合方式具有体积小、制作简单、成本低等优点，对低成本、实用化的尾纤输出半导体激光器的实现具有重要的意义。

研究介绍了一种基于表面等离子体共振(SPR)原理，对氢气浓度变化有较高灵敏度的基于银/钯复合膜的光纤氢气传感器。通过对建立侧边抛磨“D”型光纤的光学模型用Mode-Sloutions软件进行数值仿真，结果表明侧边抛磨光纤SPR模式的有效折射率随感应区的折射率增加而增加，随包层材料的厚度增加而减小。实验结果表明，感应区氢气体积分数为4%时，光纤输出的透射功率变化可达130 nW。这种Pd/Ag复合膜光纤SPR氢敏传感器不仅改善了氢敏传感器的敏感膜的稳定性，而且灵敏度也提高了，对于制备新型、优化的化学和生物传感器件有参考意义。

针对低频周期振动光纤传感的应用，通过光纤光栅的周期调谐，构建了环形腔结构的低频周期扫频光纤激光器。以光纤光栅珐布里珀罗腔为梳状滤波器，利用光学倍频法设计了光源扫频周期的测量系统。实验产生了7.2 Hz的周期扫频激光输出，通过测量系统得到了14.39 Hz的倍频电信号。实验结果表明该系统可有效地模拟低频光源周期扫频，并进行扫频频率的准确测量。

基于在折射率引导型光子晶体光纤(PCF)上写制长周期光栅(LPG)，并填充折射率温度敏感型液体，提出了一种新型温度传感器。应用全矢量有限元法，计算了在六角形结构排列的大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)的空气孔中填充液体乙醇前后，PCF的纤芯基模和包层模的模场分布和色散曲线。根据耦合模理论，分析了光子晶体光纤长周期光栅(PCF-LPG)的传输谱随温度变化的关系。研究表明，填充液体乙醇后，在-20 ℃~80 ℃范围内PCF-LPG传输谱中心波长随温度近似以线性变化，其温度敏感度为1.766 nm/℃。

La2CaB10O19(LCB)是一种性能优良的非线性光学晶体，通过顶部籽晶法生长出了较高质量的掺杂Dy3+离子的LCB晶体，尺寸为40 mm×25 mm×15 mm，其中Dy3+离子的4F9/2-6H13/2能级跃迁可以发射575 nm的黄色激光，该激光有望在医学和生物检测研究等领域得到应用。通过对该晶体的b面进行摇摆曲线测量，得到其半峰全宽为16.2″。对Dy3+LCB晶体的室温吸收光谱进行测量，并利用452 nm波长的激光进行激发，测量荧光光谱，得到575 nm处较强光谱峰，此波段荧光寿命为636 μs。通过Judd-Ofelt理论计算了其光谱参数：唯象参数、吸收振子强度、自发辐射几率、吸收和发射截面和辐射寿命等。

在SF6气氛中使用飞秒激光对单晶硅表面进行辐照，制造了尖峰状的微结构表面，随后在该表面上通过磁控溅射了一层掺铝氧化锌（AZO）薄膜。考察了样品镀膜前后的表面微结构和光学吸收性能。结果表明，表面尖峰尺寸和间隙会受到激光能量密度的影响，光在这些尖峰中的多次反射是微构造硅在200～1000 nm波段具有良好光学吸收性能的主要原因。镀膜后，粗糙表面对入射光的散射和AZO薄膜的增透作用增强了样品在可见光区域（400～800 nm）的光学吸收性能，AZO薄膜对红外光的高反射导致样品反射峰的红移。

为满足紫外告警系统成像需要，实现对太阳光谱盲区光子图像接受检测的作用，研制了一种紫外成像滤光片。采用电子束(EB)加热蒸发和离子辅助沉积(IAD)的方法，在熔融石英(JGS1)基底上镀氧化铪、氟化镁、紫外二氧化硅等薄膜材料，并借助石英晶体振荡法和光电极值法相结合的方式监控膜层厚度，镀制了满足入射角0°~25°范围内240~280 nm波段透射、300~620 nm波段抑制的紫外滤光片。通过对膜系优化设计和工艺参数的研究，解决了薄膜脱膜、膜厚的精确控制、材料的吸收等问题。制备的滤光片经膜层性能测试，基本满足告警系统的要求。

在不同的实验环境条件下，对电子束蒸发制备的ZrO2/SiO2多层膜进行了高低温交变实验。扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)的测试结果显示高低温交变前后薄膜内部均无晶体形成，膜层结构也无变化。测试高低温交变前后样片的透射率光谱、面形、激光损伤阈值，并对其进行分析。结果表明，在经历高低温交变实验之后，薄膜元件中心波长处的透射率下降，损伤阈值降低，面形向凹陷方向发展。

降低薄膜的吸收对于氧化物薄膜在深紫外波段的应用具有重要意义，为此采用离子束溅射方法分别制备了用于深紫外波段的Al2O3和SiO2薄膜，利用光度法和椭圆偏振法相结合，计算得到其在190~800 nm范围内折射率n和消光系数k的色散曲线。在此基础上，以这两种氧化物材料作为高低折射率材料进行组合，设计并制备了λ/4规整膜系的193 nm多层高反射膜。实验结果表明，退火前薄膜的光学损耗相对较大，其中散射损耗较小，吸收损耗是光学损耗的主要部分。退火后光学损耗明显减小，散射损耗随着表面粗糙度增加而略微增加，表明光学损耗的减小是由吸收损耗下降所引起的。通过工艺优化，改善了氧化物薄膜在深紫外波段的损耗状况，使其在深紫外波段具有较好的光学特性，退火后高反射膜的反射率在193 nm处达96%以上。

紫外光通信作为一种新型通信手段，以其保密性高、抗干扰能力强等优点在**领域得到越来越广泛的重视。为满足紫外光通信系统的要求，在210 mm的石英基底上，制备了254 nm，反射率大于95%，280~600 nm平均透射率大于98%并满足角度12°~30°的滤光膜。通过对几种常见紫外材料进行对比研究，选定HfO2和MgF2作为高低折射率材料。以膜系设计理论为基础，通过膜堆的叠加来展宽反射带，结合针法优化，设计出滤光膜的膜系。在薄膜制备中，通过优化各项工艺参数减少了吸收，使用离子辅助沉积提高了成膜质量，并通过对工艺参数重复性的精确控制，提高了膜厚的控制精度。实验结果显示制备的滤光膜满足要求。

基于热波阻抗法建立了多层介质的一维光热模型，从样品表面调制光热信号出发，采用粒子群优化(PSO)算法和总变差(TV)正则化方法对多层介质的热物性予以深度剖面重构。该方法将多层介质离散成一系列厚度相同的虚拟层，并将待重构的热物性深度剖面以粒子表示，再让粒子在解空间进行优化搜索。数值模拟的结果证明了该方法的有效性和实用性，适合用来重构层数未知的多层介质的热导率和热扩散率剖面。对噪声背景下光热信号的重构结果亦证实了算法的稳定性和可靠性。此外，数值结果也表明上述方法可用于热导率和热扩散率深度剖面的同步重构。

设计出以可编程控制器、伺服电机放大器、伺服电机和编码器为主要部件的可编程机械斩光器，并将其与多光镊系统相耦合，构建了胶体微粒间相互作用势测量系统。利用该系统测量聚苯乙烯球悬浮液中两个小球之间的静电相互作用势，其结果与胶体稳定理论符合，验证了系统的可靠性。该斩光器具有良好的易用性、兼容性和可移植性。并且该系统能在可控的物理化学条件下从粒子层次直接测量胶体粒子间不同类型的相互作用势，为深入研究胶体的微观机制提供了一种有效的测量手段和技术平台。

为了提高激光自混合干涉仪在位移测量中的精度，将相位调制技术引入激光自混合干涉系统中，通过在激光器的外腔中放置的电光调制器对光束进行正弦相位调制，采用傅里叶变换在频域中重构自混合干涉信号的相位。采用截止阶数的方法对系统的动态测量范围上限进行了理论分析，获得了正确解调相位所需的电光晶体的最低调制频率与被测振动的频率和振幅的关系。将系统应用于高精度商用压电陶瓷的振动过程的测量，测量数据与Agilent 5529A动态校准仪的同步测量结果进行比对，结果表明，相位调制型激光自混合干涉仪适合于动态信号的实时测量，位移测量精度可达20 nm。

提出一种新的更具普适性的相位高度映射关系，测量中无需考虑系统双瞳连线是否与参考面平行以及成像系统光轴是否与参考面垂直。该映射关系有效地将待标定系数与标定采样点的像素坐标分离开来，系统校准时只需标定与采样点坐标位置无关的常系数，大大减少标定采样点数目，且在校准过程中只需2个标定平面。实验证实了该方法的有效性和正确性。

非球面高精度检测是目前光学检测研究的热点和难点之一。计算全息(CGH)技术是非球面检测的重要方法，但检测精度受到许多因素的影响。对CGH检测抛物面的误差进行了深入研究。应用Zemax软件对各种检测误差进行模拟计算，利用CGH对抛物面面形进行实际测量，对测量结果中较大的透射波前误差、彗差、球差等进行分析，并将CGH法与共焦小球法的检测进行了结果对比。结果表明，CGH法的设计和制造精度很高，标定基底的透射波前后，理论检测误差均方根(RMS)值低于4.2 nm。实际检测中，CGH的离焦和抛物面偏心会造成较大的测量误差，精密调整后的测量误差RMS值优于4.5 nm。

针对相移式反射数字全息显微成像技术，在分析、比较现有的几种相移式反射数字全息装置的基础上，提出了一种基于改进型的Linnik干涉仪的相移式反射数字全息显微装置。这种改进型的Linnik干涉仪装置可以实现更高相移精度，能大大改善显微再现像的质量。为了证明该装置的可行性，利用该装置，在实验上实现了USAF-1951分辨率板的表面结构的三维显微成像，获得了清晰、放大的物光波振幅和相位分布。

激光雷达是探测大气强有力的工具，其误差估算是数据处理的一个重要内容。在气溶胶后向散射系数的反演公式中，气溶胶后向散射系数对各直接测量量的偏导数是很难求的，传统的误差传递公式难以发挥作用。针对这一困难，提出了一种直接的误差传递方法，通过比对计算检验了它的合理性和可靠性。并用该方法估算大气分子消光系数、参考点气溶胶后向散射系数、气溶胶激光雷达比和测量信号分别独立变化时引起激光雷达反演气溶胶后向散射系数误差的大小及总误差的大小。

采用预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对Fe元素的发射光谱开展实验研究。通过比较单脉冲(SP)和双脉冲(DP)激发的等离子体光谱，发现采用预烧蚀DP烧蚀样品可以提高光谱信号的强度；以预烧蚀DP-LIBS信号的增强程度为对象，研究光谱增强程度随两束激光脉冲间隔在-102~0 μs的变化，发现两脉冲间隔为-9 μs时，Fe原子谱线的增强程度最大，信号增强了6.5倍。谱线半峰全宽(FWHM)的变化反映了电子密度的变化，实验研究并分析了谱线FWHM随两脉冲间隔和采集延时的变化。对增强程度随延时的变化进行研究，发现两脉冲间隔不同，增强程度随采集延时的变化也不同。

燃烧过程的准确、实时诊断对研究燃烧机理、提高燃烧效率、降低污染物排放等至关重要。简要介绍了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的测温原理，通过选择水在1397 nm附近的两条邻近吸收线，运用多功能数据采集卡对二极管激光器进行控制和信号采集，实现了TDLAS技术波长扫描直接吸收法对瞬态超声速流场温度的测量，获得了瞬态超声速流场温度随喷流时间的演化过程，测量重复频率为1 kHz。

机动车尾气中的主要成分一氧化碳(CO)和一氧化氮(NO)不仅污染环境，对人体也有直接危害。由于CO和NO在中红外波段有强吸收谱线，适合采用红外吸收光谱技术进行检测。介绍了一种基于室温脉冲量子级联激光器测量尾气中CO和NO的装置，该装置利用长脉冲量子级联激光器产生的线性啁啾扫描气体分子完整的吸收谱线，测量精度高而且响应速度快，可达到低于1Hz的时间分辨率。对行驶状态下机动车排放的尾气进行了测量，结果显示该系统能够实时快速地测量不同车辆的尾气排放，并得到了不同燃油车型尾气中CO和NO的浓度分布。分析了浓度分布差异产生的原因。

透镜列阵常被用于改善高功率激光装置均匀照明系统焦斑空间强度分布的均匀性。将模拟退火算法引入透镜列阵的优化设计中，通过改变列阵元的尺寸及其正负透镜属性，在保证焦斑能量利用率的同时把焦斑的不均匀度从经典设计下的0.2268降低到0.1202，大大改善了远场焦斑的空间均匀性，并通过对比传统设计和优化设计下焦斑的功率谱密度曲线，分析了不同的设计结构对焦斑形态的影响。

透射式激光外差干涉系统能精确测量待测物的内部折射率分布和厚度信息。设计了应用于干涉系统中的混合光学扫描结构，它由微机电系统(MEMS)振镜和f-θ透镜系统组成。f-θ透镜组由3片不同材料的透镜构成，透镜系统对2 μm激光波长有约40%的透射率，可扫描300 mm2的范围。 利用Zemax软件从衍射光斑、畸变系数、光束发散角3个方面对f-θ透镜模型进行了优化设计。优化结果表明，f-θ透镜出射扫描光束垂直于待测物体表面，系统焦距为434 mm，畸变像差小于0.5%。最后给出了f-θ透镜的设计实物图，并通过He-Ne激光给出了扫描结果示意图，达到了预期的设计指标。