研究了一种低温条件下（120 K以下）运行的光纤耦合激光二极管（LD）端面抽运的Tm:YAG激光器。LD中心波长为785 nm（15 ℃），光纤芯径为400 μm，数值孔径为0.22。Tm:YAG晶体尺寸3 mm×3 mm×8 mm，Tm3+掺杂原子数分数为3%。采用一种新型小型脉冲管制冷机制冷，具有冷端无振动、结构简单、寿命长的优点。将制冷机冷头与包裹晶体的紫铜热沉连接以冷却晶体，并置于真空环境中，防止结霜现象的发生。通过控制晶体温度，得到了激光器在80～290 K温区内，阈值功率和输出功率随工作温度的变化关系。在晶体温度为80 K，抽运功率为9 W时，得到功率为3.78 W的2.013 μm连续激光输出，光光效率为42%，斜率效率为44.9%。

提出了一种基于单壁碳纳米管/聚酰亚胺复合材料薄膜和马赫曾德尔型滤波器的多波长被动锁模掺铒光纤激光器。该环形腔掺铒光纤激光器以980 nm的激光二极管作为抽运源，3.2 m掺铒光纤作为增益介质，单壁碳纳米管作为可饱和吸收锁模器件。增加抽运功率到24 mW时，得到中心波长为1559.3 nm，3 dB谱宽为1.4 nm，平均输出功率为0.8 mW的脉冲激光输出。然后在环形腔中，接入马赫曾德尔型滤波器作为多波长选择器件，通过调整马赫曾德尔型滤波器两臂光纤长度差，在室温下得到了3 dB带宽内稳定的15个波长激光脉冲输出，波长间隔为0.1 nm，连续0.5 h观察，脉冲激光输出稳定。

调整相干光束阵列中单元光束的线偏振方向可以得到近似的径向偏振光，但其特性与理想的径向偏振光存在差异。基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论，利用数值方法对径向偏振相干光束阵列的深聚焦场进行了分析。研究了实际应用中较为关注的主要参数，即焦面上轴向偏振场及总场主瓣宽度、轴向偏振场的纯净度及产生效率。结果表明，与理想径向偏振光不同，径向偏振相干光束阵列的深聚焦场在焦面上会出现角向偏振分量。采用单环排布并使光束紧贴透镜瞳面边缘,可以产生质量更好的轴向偏振场。对于单环排布阵列，增多光束数目对轴向偏振场及总场主瓣宽度、轴向偏振场的纯度影响不大，但可以提高轴向偏振场的生成效率。

采用正支虚共焦腔型对非链式脉冲DF激光器进行非稳腔参数设计并开展实验研究，通过与平凹型稳定腔的对比，揭示了非稳腔在压缩激光远场发散角、提升光束质量方面的显著优势。选取能体现远场能量集中度以及实际光束与理想光束偏移程度的衍射极限倍数β为光束质量评价参数，实验中以86.5%环围能量定义光斑大小，并利用90-10刀口法测量光斑尺寸。通过对不同放大率及模体积的9组非稳腔实验结果的对比，得到了设计优化非稳腔结构参数的规律。综合输出能量、远场发散角、衍射极限倍数β三方面因素，得到了最佳非稳腔参数为放大率M=1.89，后反射镜口径D=40 mm，此时激光远场发散角（全角）为0.74 mrad，β=1.35，输出能量为1.86 J，峰值功率为16.4 MW。

提出了一种用衍射微透镜阵列对面阵半导体激光光束进行匀化的方法，解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论，设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列，推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了非成像型微透镜阵列光束匀化系统，并对其进行了实验验证。当衍射微透镜的口径为0.125 mm，相对孔径为0.1，相位台阶数为8时，测得焦斑在快轴方向的不均匀性为12.34%，能量利用率为96.6%；慢轴方向的不均匀性为5.42%，能量利用率为95.74%。实验结果与理论模拟的结果吻合，验证了衍射微透镜阵列光束匀化系统模型的可行性。

根据Nd:YAG晶体侧面抽运下径向和切向热焦距的不同，以及半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动锁模条件，利用激光二极管(LD)侧面抽运Nd:YAG四镜折叠SESAM被动锁模腔，在腔内无偏振选择器件条件下，实现锁模径向偏振光输出。模拟计算了径向偏振态和角向偏振态光斑大小与抽运电流之间的关系，分析给出了实现SESAM稳定锁模的条件，通过放置适当孔径的光阑，获得了最大输出功率为13 W、偏振态纯度大于92%、重复频率为59 MHz的1064 nm锁模径向偏振光。

皮秒脉冲在超连续谱光源中具有重要应用，基于线形腔搭建了半导体可饱和吸收镜(SESAM)被动锁模皮秒脉冲掺镱光纤激光器，详细分析对比了激光器中所用光纤光栅的反射率、反射带宽以及SESAM的宏观特性参数对锁模激光器输出脉冲特性的影响。实验结果表明: 选择10%反射率和0.3 nm反射带宽的光纤光栅比较有利于激光器的稳定锁模；光纤激光器对SESAM参数的适用范围比较大，SESAM的非饱和损耗对激光器输出平均功率影响较大，SESAM的非饱和损耗越小，激光器输出脉冲的平均功率越高。

高脉冲能量中红外激光在远程大气探测和目标识别中有着重要的应用，为了获得高脉冲能量的中红外激光输出，选用自主生长的ZnGeP2(ZGP)晶体作为中红外参量非线性晶体，晶体采用Ⅰ型相位匹配，切割角度为55°，利用自行研制的2.09 μm La3Ga5SiO14(LGS)电光调Q Cr,Tm,Ho:YAG激光器作为ZGP光参量振荡器(OPO)的抽运源。光参量振荡器采用对抽运光具有反射的双程抽运结构以提高转换效率，采用脉宽约35 ns的2.09 μm调Q钬激光直接抽运ZGP-OPO，在单谐振振荡结构下获得了脉冲能量为5.9 mJ的4.8 μm中红外激光输出，光光转换效率为13.1%，斜率效率为17%；在双谐振振荡结构下获得了脉冲能量为9 mJ的3.7 μm和4.8 μm中红外激光输出，光光转换效率为23.9%，斜率效率为26.7%。

在高功率激光驱动器中，调频到调幅（FM-to-AM）效应是制约聚变点火的一个关键物理量，因而需要定性分析和定量评估。基于晶体的可接受带宽，从光谱畸变和瞬时频率两个角度研究了频率转换过程中FM-to-AM效应的物理机制。利用瞬时频率定性分析了相位调制和强度调制之间的相关性，得到了晶体最佳匹配角度情况下三倍频强度调制频率的变化规律。根据推导出的表征调制度的解析模型，定量分析了三倍频输出强度调制特性，量化了输入带宽和功率密度对调制度的影响，通过数值模拟验证了该模型的可靠性。所得结果为抑制三倍频过程中FM-to-AM引起的强度调制提供了理论指导。

高周疲劳是航空发动机部件的主要故障之一。通过对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢进行不同次数的激光冲击强化（LSP）处理，研究冲击次数对激光冲击强化材料高周疲劳性能的影响。对不同处理状态的试件进行常温振动疲劳试验，采用X射线衍射(XRD)应力分析仪、扫描电镜(SEM)、金相显微镜等手段研究冲击次数对材料组织和力学性能的影响。试验结果表明，随着LSP冲击次数的增加，1Cr11Ni2W2MoV不锈钢表面粗糙度增大，组织细化层厚度没有变化，残余应力梯度变小，残余压应力层深度增加，1次冲击后，残余压应力层深为1.8 mm，3次冲击后为2.5 mm。表面残余压应力随着冲击次数增加而逐渐趋于饱和，饱和值接近于-100%σ0.2。振动疲劳试验结果表明，疲劳寿命随着LSP次数增加而提高，但提高幅度减小。在σmax=640 MPa应力水平下，1次冲击后试样疲劳寿命是未强化试样的3.8倍，3次冲击后试样疲劳寿命是未强化试样的5倍。经分析，多次冲击时的冲击波叠加效应使得冲击波传播到材料的更深层，从而使材料组织变形层和残余应力影响层更深，高周疲劳寿命提高更大。

为加深激光切割中材料去除机理的认识，利用Imagine-Pro Pluse (IPP)图像处理技术研究了激光切割去除熔化物颗粒形状及其特征尺寸分布。基于气熔比控制的试验方法，对0.85 mm厚的1000系铝合金薄板进行了激光切割试验。通过对颗粒图像度量标准的设定，去除熔化物颗粒形貌分为圆形颗粒、类圆形颗粒和蝌蚪形颗粒。图像处理结果表明：随气熔比的增大，去除熔化物颗粒中圆形颗粒所占百分比越来越大，类圆形颗粒和蝌蚪形颗粒所占百分比越来越小，且各形状颗粒平均特征尺寸随气熔比的增大而减小。同时对切口质量进行了测量，得到切口质量随着气熔比的增加而提高。建立了熔化物去除模型，揭示了熔化物去除与切割质量有着直接密切的关系，并最终得到了较高质量切口和缝阵天线薄板样件。

在双面激光同时冲击金属薄板过程中，板料厚度是影响其冲击强化效果的重要因素。利用ABAQUS软件对双面激光同时冲击不同厚度的AM50镁合金板料进行模拟，系统研究了板料厚度对双面激光同时冲击强化效果的影响机理，对比分析了不同模型沿表面径向和轴向的残余应力分布。结果表明，在激光光斑直径、脉冲宽度、峰值压力不变的情况下，随着板料厚度增大，模型内部的残余压应力分布渐趋均匀和有规律，残余压应力影响深度逐渐变深，当板料厚度达到某一阈值后，两者都达到饱和。在激光峰值压力1600 MPa、光斑半径3 mm和压力脉冲宽度57 ns工艺参数下，双面激光同时冲击AM50镁合金薄板的理想厚度为4 mm及以上。

针对2 mm厚SUS301L奥氏体不锈钢薄板进行CO2激光熔化极惰性气体保护电弧(MIG)复合对接焊试验，深入分析了焊接接头不同区域的显微组织及相组成，研究了装配间隙对焊接接头微观组织和力学性能的影响。结果表明，SUS301L奥氏体不锈钢复合焊接接头中心区域呈一定方向性的细小枝晶组织，未出现等轴晶区域，偏离焊缝中心区为垂直于熔合线向焊缝中心生长的柱状晶组织，距焊缝中心距离越远，晶粒越粗大；焊接接头主要由γ奥氏体相和少量δ铁素体相组成，焊缝凝固模式为铁素体奥氏体结晶(FA)模式，凝固过程中发生的δ-γ转变由块状转变和相界面处的短程自由扩散作用共同完成；随着装配间隙的增大，焊缝残余δ铁素体含量逐渐降低，抗拉强度随之下降，断裂发生在焊缝靠近熔合线区域的粗大柱状晶区。

通过激光熔化沉积同步输送的Ti-22Al-25Nb合金粉末，在TA15钛合金基板上制备出Ti2AlNb基合金薄壁试样，分析了沉积态和热处理态Ti2AlNb基合金的微观组织、相组成，测试了沿沉积扫描方向热处理态材料在室温25 ℃和高温750 ℃下的拉伸性能。结果表明，激光熔化沉积Ti2AlNb基合金组织致密，沉积态和热处理态均由B2，α2和O相组成，热处理状态下，激光熔化沉积Ti2AlNb基合金室温和750 ℃下抗拉强度分别为1012 MPa和702 MPa，延伸率分别为1.8%和2.2%。

航空发动机燃烧室是由向外倾斜、直壁和向内倾斜3部分组成的圆形薄壁件。面向燃烧室结构的圆形薄壁件，依据偏移无支撑熔融粉末不塌陷的临界条件和单道熔覆层高度建立了熔覆成形倾斜角度数学模型，研究了激光熔覆向内倾斜和向外倾斜圆形薄壁件的偏移量、成形高度和倾斜角度，并进行了试验验证。研究结果表明在单层等偏移量条件下，几何形状的差异导致了向内倾斜圆形薄壁件较向外倾斜圆形薄壁件偏移总量较大、成形高度较小和倾斜角度较大，最后试验熔覆出了航空发动机燃烧室模拟件。研究结果为圆形薄壁件激光熔覆成形应用提供了理论和试验依据。

铝锂合金被认为是在航空航天领域中实现飞行器轻量化的理想结构材料之一。采用高功率光纤激光器焊接1.76 mm厚的2198-T851铝锂合金，研究填充ER4047焊丝时激光功率、焊接速率和送丝速率对焊接热裂纹和焊缝组织的影响，以及最优焊接工艺下焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明，当激光功率为4 kW，焊接速率为4 m/min，送丝速率为4 m/min时，填充ER4047焊丝焊接可获得成形良好且无宏观裂纹缺陷的焊接接头。接头的平均抗拉强度为342 MPa，拉伸断裂后接头断裂强度达到母材的65.4%，熔合区为薄弱部位。

激光照射对酶活性的影响主要取决于光源的波长和能量。系统研究了激光的波长和能量对酶活性的改变，并且对激光和发光二极管(LED)是否对酶活性改变具有相同的效果也进行了研究。分别采用能量为0~810 J/cm2,激光波长分别为532、808、1064、1342 nm，LED波长分别为640 nm和810 nm的激光照射磷脂酶C，通过高效薄层层析法(HPTLC)测量经过光源照射0.5、1、2、3、4、6、17、24 h后神经酰胺的浓度来研究酶活性的改变。酶活性改变持续时间通过以上实验数据进行评估计算。在一定波长范围内激光和LED照射均可以提高磷脂酶C的活性，效果取决于光源的能量和波长，在经过照射后，酶活性的改变大约可以持续4 h。研究结果表明在报道激光照射对酶活性改变的时候，酶活性改变持续时间应该作为一个主要的激光参数进行声明，还发现照射时选择波长、能量相同的激光源和LED，其对酶活性的改变具有同样的效果。

空间激光通信全光链路组网具有较高的通信速率，决定了其在未来全球空间通信领域中的重要地位及发展方向。全光链路组网需解决一点对多点的光学链路问题，不同方法所涉及的结构和跟踪控制方式会有较大差异。基于全光链路组网光学原理，提出了一种轨面四反射镜光学天线结构。基于链路组网方案的光学动态跟踪原理进行数学建模，给出链路通信节点间动态对准时光学参量间的关系，并对数据进行分析，可用于空间激光通信终端捕获、跟踪、瞄准(ATP)控制系统。提出了一种低轨双链路列队卫星组网方案，将激光通信终端光学天线四跟踪平面反射镜的工作面置于卫星轨道平面链路节点处，可实现低轨全光链路空间激光通信组网。

将π旋转型低密度奇偶校验(LDPC)码应用于100 Gb/s偏振复用差分正交相移键控(PDM-DQPSK)光通信系统中，进行了相应的数值仿真和性能分析比较，其中采用打孔技术得到了高码率的改进码型，并在纠错性能方面与原始码型进行了对比。在译码方面，推导了PDM-DQPSK系统的卡方统计模型，并与高斯统计模型进行了对比。结果表明，码率为0.5的π旋转型LDPC码在采用卡方统计信道概率模型时性能最佳，可使系统光信噪比(OSNR)在14.2 dB时保证误码率(BER)在10-9以下；在2 dB的OSNR代价情况下，系统可容忍102 ps/nm的色度色散(CD)、18 ps的一阶偏振模色散(PMD)，以及4.88×10-2 rad的非线性引起的最大相位偏移，由此可知π旋转型LDPC码可以极大地提高高速光通信系统的传输可靠性。

提出了相位独立可调的基于双阵列光纤布拉格光栅的任意波形光脉冲发生器，该发生器包括幅度控制器和相位控制器两部分。幅度控制器和相位控制器中的可调节元件是光纤布拉格光栅阵列。光纤布拉格光栅阵列由光纤布拉格光栅和光纤拉伸器间隔排列构成。只调节结构中的光纤拉伸器，就可控制输出信号的各个谱线的幅度和相位，从而产生任意波形的光脉冲。相位控制器中的光纤拉伸器的调节不会影响该结构对输出信号各个谱线幅度的控制，幅度控制器中的光纤拉伸器的调节会影响输出信号的各个谱线的相位，因此幅度控制器的调节要优先于相位控制器。

提出了与陀螺敏感环平面垂直的正交磁场作用下保偏光纤(PMF)陀螺产生非互易相位差(NPD)的理论，建立了相应的数学模型，并对该模型进行仿真分析和实验验证。正交磁致非互易相位差源于光纤的弯曲，与光纤环的直径、光纤直径、光纤长度及正交磁场大小等参数密切相关。理论、仿真和实验结果表明，光纤环尾纤与集成光学元件(IOC)尾纤0°熔接的保偏光纤陀螺的正交磁漂移在一定范围内随机分布，而45°熔接的保偏光纤陀螺的正交磁漂移比较稳定，其正交磁漂移与正交磁场大小呈线性关系。

强光致光纤布拉格光栅（FBG）光谱的变化是由非线性效应和光热效应共同作用的结果。基于FBG传感模型，利用非线性薛定谔方程和一维稳态热传导方程分析了非线性效应和光热效应各自对于光谱变化的贡献比例。通过分析波长漂移量与相位改变的关系，建立了基于FBG的非线性折射率系数计算模型；通过理论仿真光纤内温度分布情况，分析了光热效应对光谱啁啾化和波长漂移量的影响。理论与实验研究结果表明，对于普通单模光纤，当注入抽运光功率较小时，FBG光谱的变化主要是由光热效应造成的，而非线性效应则贡献较小。

实验研究中发现LiNbO3集成光波导电场传感器的输出波形中叠加有频率在几百千赫兹左右的振荡信号，导致传感器探测到的电场信号发生畸变。从LiNbO3衬底的压电效应出发对这一谐振现象进行了理论分析。比较谐振频率的理论计算值和实际测量值得知，LiNbO3衬底的宽度是影响谐振的主要因素。针对一种用于雷电电磁脉冲测量的LiNbO3集成光波导电场传感器，其设计衬底宽度为3 mm，再次实验发现振荡信号被抑制在-30 dB以下。

基于耦合模理论，根据镀膜长周期光纤光栅（LPFG）包层模有效折射率随膜层参数的变化，指出了模式转换区的划分及特点，考察了模式转换区及其附近LPFG透射谱折射率的响应特性。从传感器设计角度，进一步针对波长偏移和透射率两种检测类型，给出了两类灵敏度的定义，讨论了模式转换区及其附近灵敏度随薄膜参数与光栅参数变化的关系，通过优化设计，给出了高灵敏度对应的最佳设计参数带及区域。结果表明，选择合适的膜层参数与光栅参数，利用波长偏移和透射率两种检测方法，该传感器对薄膜折射率的分辨率均可达10-7以上，且模式转换区适合于制作波长偏移型的传感器，模式转换区附近则适合用于制作透射率型传感器。

提出了基于太赫兹光非对称解复用器(TOAD)结构来实现全光伪随机码(PRBS)倍速中全光波长变换及全光或逻辑运算两项关键技术的方案。对TOAD结构的开关特性进行了理论与实验研究，并利用TOAD结构实现了10 Gb/s速率的波长变换和全光或逻辑的仿真与实验。结果表明： 继续减小控制脉冲宽度和开关窗口宽度，利用TOAD结构可以获得更高速率的波长变换和全光或逻辑运算；利用这两项关键技术，基于TOAD结构可实现PRBS倍速，获得更高速率的全光PRBS码流。

为了提高半导体激光器腔面膜的激光损伤阈值，进而提高激光器输出功率，对激光器的灾变性光学镜面损伤产生的原因进行了探讨。根据损伤原理，将高反膜中场强最大处移出界面，采用光学传输矩阵，对厚度连续变化的界面场强和反射率进行了计算，得到优化高反膜系，优化膜系减小了界面处的光场对薄膜的损伤。采用改进后束流密度更大的LaB6作为阴极原位等离子源，对离子源清洗的参数进行了优化。薄膜制备前期使用离子清洗的方法在真空环境下对腔面进行去氧化，在制备过程中使用电子束蒸发离子源辅助沉积,并测试了薄膜在高温高湿环境下的稳定性。使用该优化的膜系和清洗方法制备的半导体激光器，在准连续输出时，功率由4.6 W提升到了7.02 W，工作电流由5 A提升到了8 A。

为满足人流统计实时性的要求，提出一种人头检测算法。该方法对双目相机采集的图像通过运动目标检测分离出运动人员所在区域，对这些区域使用融合区域匹配和特征匹配的快速匹配方法，即利用视差的连续性只对强纹理点进行绝对误差累积(SAD)匹配，其他点只进行简单的视差验证，能够得到稠密的视差图，再由三角投影关系计算出深度图。由于双目立体成像得到的深度图中人员与场景的深度分布不同,可以采用深度分层的方法将存在人头信息的深度层提取出来，经过数学形态学预处理再利用边缘检测会得到许多候选轮廓，最终利用轮廓的几何特征来判断轮廓是否为人头。实验表明：该算法可以很好地适应复杂场景下的人头检测，精度高、速度快。

为实现基于光学方法的烟气流速和颗粒物浓度的非介入式测量，研制了双光路对射式烟气流速测量系统，并在工业烟道上进行了实地测试。鉴于工业烟道内气流的复杂性和多变性，提出了一种反级串的烟气流发展模型，并改进了数据处理方法。分析结果表明：基于新数据处理方法测量的烟气流速，虽然其统计平均值与皮托管的单点测量结果存在0.7 m/s的差异，但两仪器测量结果的统计平均值非常一致，均接近7.6 m/s。当信号比较理想时，相对于经过简单滤波后计算得到的烟气流速，新的数据处理方法不会对烟气流速及其变化趋势造成明显改变。由烟气流速测量系统所测信号的光强起伏与颗粒物浓度存在明显的线型关系，相关系数可达0.97。

提出了一种可用于小口径光束波面检测的横向剪切干涉仪。该干涉仪由偏振分光棱镜、光轴与其表面平行的晶体平板、1/4波片、反射镜及CCD构成。被测光束由偏振分光棱镜进行透射起偏和反射检偏，利用反射镜的反射两次经过晶体平板、1/4波片来实现剪切光束的等光程干涉。通过晶体平板剪切复制波面以获得小的剪切量，可用于小口径光束波面的检测。晶体平板的旋转可以改变剪切量，实现了不同口径不同波前的光束波面检测。对该干涉仪进行了仿真分析，得到了不同入射角情况下的剪切干涉图，仿真结果与理论分析结果相一致。实验中，旋转晶体平板得到的剪切干涉图与仿真结果相一致，很好地验证了该剪切干涉仪的有效性。

针对海面溢油油膜厚度的测量，基于垂直入射式差分激光三角法原理，研制了可机载投放的浮标式油膜厚度测量传感器。介绍了传感器的组成和原理，给出了系统集成与调试过程，以0级陶瓷量块为标准厚度，采用最小二乘拟合高次曲线的方法对传感器进行了标定。选用1.4~9.4 mm量块对传感器进行了精度测量，测量相对误差小于1%。

显示屏是激光投影显示系统的一部分，其表面粗糙度直接影响着基于角度多样性的激光散斑抑制效果。在角度多样性散斑抑制原理的基础上，建立了被测显示屏表面粗糙度与散斑图样之间的相关性之间的联系。对显示屏表面粗糙度对照射角度和角度变化的敏感程度权衡，实验中将入射角和角度变化量分别固定在1°和0.0038°。为避免外界微扰和测试屏表面不平度对测试结果的影响，通过对被测显示屏5 cm×5 cm测试区域中选择9个子区域的测试结果进行平均，有效提高了测试精度。运用提出的方法确定4种材质显示屏的表面粗糙度分别为235.80，209.57，132.24和137.60 μm，为设计有效降低激光散斑的投影显示屏提供了参考。

基于激光多边法的坐标测量系统可实现无目标点自标定，其测量精度受到自标定精度的影响。而系统的布局方式是自标定精度主要影响因素之一。通过对无目标点自标定模型误差传递规律的理论分析，对系统的布局方式进行优化，优化结果为直角三棱锥布局。仿真结果表明，直角三棱锥布局提高了自标定精度，从而保证了系统的测量精度。

研制了一套线面同时成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)用于激光驱动飞片速度场时空分辨测量。将传统VISAR改为成像干涉结构，用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹，实现靶面一条线上各点速度历史和多个时刻二维靶面上所有点速度的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有小于10 μm的空间分辨和约15 m/s的速度分辨能力，线成像VISAR时间分辨小于50 ps，面成像VISAR曝光时间小于5 ns。用其测量了激光驱动带约束刀口铝膜飞片的速度场，给出了高时空分辨全场速度分布，从中可以清晰看出飞片的演化发展过程。实验结果表明，线面同时成像VISAR将是各种飞片产生技术及相应加载手段中全场速度诊断的有力工具。

为使靶场光测设备在进行基于图像的自动调焦过程中建立适当的调焦窗口以降低计算量并克服背景干扰，提出了结合视觉感知机制的调焦窗口构建方法。对图像进行金字塔分层获得多层子图；采用Gabor滤波器和基于高斯差分(DoG)的模型模拟人类大脑视皮层细胞功能，对子图层进行信息提取和特征融合，获得基于视觉感知的特征图；对该特征图进行阈值去噪，以减少干扰，并以边界扩展法建立适合于后续处理的矩形调焦窗口。实验结果证明，对于各种调焦状态下的图像，尤其是深度离焦状态，都能快速、准确地针对目标构建适当的调焦窗口，处理720 pixel×576 pixel的目标图像耗时小于130 ms。该方法能够满足靶场的实际要求，为整个调焦过程实时建立稳定、准确的调焦窗口，具有广泛的工程应用价值。

基于太赫兹(THz)时域频谱技术研究了飞秒激光激发下氧化钒纳米薄膜的光致绝缘体金属相变特性。利用直流磁控溅射法在不同条件下制备了一系列蓝宝石基底上的氧化钒薄膜，通过测量薄膜发生光致相变后太赫兹波的透射率来评估成膜质量，得出在溅射时间60 min不变的情况下，退火时间和退火温度分别为60 s和560 ℃时可以得到性能非常良好的氧化钒薄膜。在上述最佳条件下制备的氧化钒薄膜的相变深度可达80%。利用薄膜近似计算了太赫兹波段氧化钒薄膜在光致相变过程中电导率的变化，计算结果表明电导率实部在103 Ω-1·cm-1 量级，并基于Drude模型得到了金属态氧化钒薄膜的复介电常数以及复折射率。在绝缘衬底上制备的具有明显阈值激发功率且相变深度大的氧化钒薄膜将在太赫兹调制器件中有重要应用。

气溶胶的光学和吸湿性质信息对研究雾霾形成的机制至关重要。为了在环境相对湿度背景下研究利用激光雷达方法探测雾霾气溶胶光学和吸湿性质，选择合肥地区两次典型雾霾过程作为个例，利用水平探测的双波长激光雷达获取气溶胶消光系数、能见度、Angstrom波长指数以及消光系数吸湿增长因子。个例研究结果表明，在环境相对湿度变化的背景下，激光雷达可以有效地获取雾霾气溶胶光学参数以及吸湿增长因子随相对湿度的变化规律，且具有探测开放大气和不扰动被测大气的技术优势。

手持式拉曼光谱仪的探头系统为光照明和光收集共光路系统，由此产生了除瑞利散射杂散光之外的由于照明激光多次反射的杂散光，成为此类探头系统必须解决的问题。根据获得的实际样机的结构数据，运用实际光线追迹的方法，通过建立合理的杂散光分析模型和理论计算，获得了杂散光聚焦大小和位置、出射方向、到达狭缝处能量大小等信息。根据对杂散光的分析，提出了在探头系统中采用黑点板遮挡杂散光的新方法，并确定了黑点板的大小和位置。光学仿真分析结果表明，此方法对激光反射杂散光的抑制水平达到10-13数量级，满足手持式拉曼光谱仪系统对杂散光的抑制要求。采用黑点板技术，还可以将到达滤光片上的入射角大于2°的约50%的激光反射光滤除。

光纤器件尤其是光纤电光调制器(EOM)在简化PDH频率锁定装置的同时会诱发残余幅度调制(RAM)，该效应会使PDH误差信号出现一个受环境温度影响的直流偏置，同时线型也出现一定程度的扭曲，这不仅会使频率锁定点发生漂移，同时也会影响频率锁定的时间。对PDH误差信号中存在RAM的线型进行理论和实验分析，并利用Hnsch-Couillaud(HC)技术抑制RAM，在实验上获得了无偏置且信号对称的PDH误差信号。分别利用RAM抑制闭环和开环的误差信号，进行了激光到腔模的频率锁定，验证了RAM抑制方案可以极大地增加基于光纤EOM的PDH频率锁定技术的稳定性。

CO2和H2O是大气中两种重要的温室气体，对生态系统中CO2和H2O的浓度进行在线监测可用于分析环境及气候变化。选择CO2和H2O的近红外吸收谱线，利用可调谐半导体激光吸收光谱技术结合自动增益调节技术设计了开放式CO2和H2O在线检测仪。在中国科学院禹城综合试验站进行了1238 m光程下，20 Hz时间分辨率的连续观测实验，结果表明自动增益调节解决了开放光路检测时探测信号幅度大幅变化问题。监测点的CO2浓度具有白天低，夜间高的日变化周期性。与同场地涡度相关系统的LI-7500对比测量，数据一致性较好。该检测技术灵敏度高、响应速度快、免采样，实现了大尺度区域生态系统中CO2和H2O浓度的稳定、连续、在线检测。

为满足高分辨率大相对孔径宽波段高光谱成像仪的要求，克服Offner光谱成像系统中凸面光栅加工的困难和改进型Czerny-Turner光谱成像系统相对孔径小的缺点，提出一种新型的基于平面光栅的大相对孔径Schwarzschild光谱成像系统，根据反射球面罗兰圆理论分析了该系统的像散校正方法，利用Matlab软件编制了初始结构快速计算程序。作为实例，设计了一个相对孔径为1/2.5，工作波段为400～1000 nm的Schwarzschild光谱成像系统。首先利用自己编制的Matlab程序计算初始结构参数，再利用Zemax-EE光学设计软件对该光谱成像系统进行光线追迹和优化设计，并对设计结果进行分析。结果表明，在整个工作波段内，点列图弥散斑的尺寸小于13 μm，实现了大相对孔径宽波段像差的同时校正，在宽波段内获得了良好的成像质量，满足设计指标要求，也证明了这种新型Schwarzschild光谱成像系统是可行的，其在航空和航天高光谱遥感领域具有广阔的应用前景。

亚微米虚拟冲击器是实现高灵敏度生物气溶胶光学在线监测的前提，是当前的研究热点之一。基于空气动力学理论与相关研究基础，设计了一种切割粒径为0.4 μm的亚微米级粒子虚拟冲击器，利用计算流体动力学(CFD)分析软件Fluent以及离散相模型对虚拟冲击器结构的入口喷嘴与收集孔间距、收集孔径和流量比等各种设计参数进行模拟与分析，得到了一组优化设计参数并制作了虚拟冲击器实物。测试结果表明，该虚拟冲击器具有良好的浓缩效果，对0.37、0.5、0.7 μm聚苯乙烯乳胶球(PSL)粒子的收集效率等参数与仿真结果基本吻合，验证了流体动力学分析方法的可行性。该虚拟冲击器切割粒径的实验测试结果达到0.4 μm，满足实际应用需求。

为提高激光扩束系统的温度适应性水平，提出了一种直接面向光学系统波像差的光机结构优化方法。对扩束系统进行了敏感度分析，并结合齐次坐标变换，将波像差的失调模型与有限元中的节点应变进行有机结合。以最小化失调波像差为优化目标，得到了支撑结构的最优材料拓扑，然后按照拓扑云图对镜架进行分块划分和尺寸优化。最终得到的镜架结构合理，加工工艺性良好，且具有优良的温度适应性。-50 ℃时，扩束系统波像差均方根(RMS)值从0.728 λ降为0.196 λ，λ=632.8 nm；而且在±50 ℃的范围内，同等载荷条件下，优化后的系统波像差RMS值约为优化前的1/4。

以矢量严格耦合波(RCWA)理论为基础，通过遗传算法优化设计了圆柱形ZnSe亚波长微增透结构，获得了具有较好增透效果的结构参数；重点讨论分析了实际加工过程中圆柱形方向偏差及整体面形轮廓偏差对抗反射特性的影响；还对多台阶ZeSe增透性能随高度的变化进行了分析。结果表明：当圆柱形微结构周期为3.3 μm,高度为1.7517 μm,占空比为0.7566时,在8~14 μm波段范围具有较好的整体增透效果；占空比偏差，高度偏差及圆柱体面形轮廓偏差对结构的平均透射性能都具有较大的影响；圆锥形ZnSe微结构的透射性能随着高度和划分层数的增加呈现一定的规律分布，且相比圆柱形最优微结构,平均透射性能有了较大幅度的提高。