报道了基于石墨烯可饱和吸收镜的被动调Q锁模光纤激光器。激光器以大模场双包层掺镱光子晶体光纤为增益介质，采用线形腔结构。在抽运功率12 W时，得到了最高115 mW的调Q锁模脉冲输出。输出峰值波长1039 nm，光谱的半峰全宽为6 nm。对实验结果及现象进行了详细的讨论和分析。

在高功率准分子激光系统中，由于介质的高增益和非存储特性，自发辐射放大(ASE)成为影响系统输出对比度的关键因素。在角多路主振荡功率放大器(MOPA)激光放大链中，为抑制ASE，采用了电光开关和增益控制相结合的方式，在第一放大级后置入了电光削波开关，并利用检偏器另一偏振分量作为控制光束，对下一放大级进行增益控制。构建了光路，进行了原理性实验研究，并在第二预放大级中获得了403001的信号对比度。采用该方法的优点是在主光路中引起的能量损耗小, 且降低了对破坏阈值的要求。电光开关和增益控制相结合共同实现了前两级预放大器的ASE抑制。

为改善宽面940 nm半导体激光二极管(LD)的输出功率及光电转换效率(WPE)，设计并制作了一种包含梯度渐变折射率(GRIN)结构的新型量子阱激光器。通过二维自洽软件模拟计算了新结构激光器与传统分别限制结构(SCH)激光器的能带结构，结果表明新的激光器结构能够显著消除各异质结间的过渡势垒。通过低压金属有机物化学气相沉积(LP-MOCVD)的方法生长了高质量激光器外延材料。制成后的100 μm条宽、 2000 μm腔长的激光器器件在室温25 ℃下经过连续(CW)电流测试发现，梯度渐变折射率结构激光器较分别限制结构激光器在10 A电流下电压约低0.07 V。通过结构与生长优化，激光器内吸收系数从0.52 cm-1降至0.43 cm-1，最大光电转换效率由69%提升至76%。最终制成的940 nm半导体激光器器件室温25 ℃下输出功率10.0 W(10 A电流时)，斜率效率高达1.24 W/A。

用计算流体力学(CFD)方法对传导冷却端面抽运板条(CCEPS)激光器的多种水冷设计方案分别进行了流固耦合传热数值模拟，比较了流固耦合传热模拟和单纯的导热模拟结果的差别，对各种水冷设计方案进行综合比较，研究了冷却通道的尺寸、数量以及冷却水流量等因素对激光板条温度分布以及对热沉的流动阻力特性的影响。一般情况下，减小通道的特征尺寸，增加通道数目和冷却水的流量可以降低固液耦合界面的传热热阻，因此，微通道冷却方式比常规的空腔冷却和小通道冷却显著提高了总传热系数，降低了总热阻，可将发热部分的温度明显降低，但是微通道冷却方式必然造成较大的流动压力损失。

报道了一个全光纤主振荡功率放大（MOPA）结构的窄线宽掺铥连续光纤激光器，该高功率光纤激光器由窄线宽连续光纤激光种子源和两级包层抽运掺铥光纤放大器组成。激光种子源经过两级双包层掺铥光纤放大器后，最大平均输出功率为120 W，功率放大器的斜率效率高达60%，输出激光的中心波长为1986 nm，3 dB光谱带宽为0.48 nm，平均输出功率未能进一步提高仅受限于最大抽运功率。此外，利用该两级掺铥光纤放大器，得到了平均输出功率为122 W的宽带超荧光光源，放大后的超荧光源的中心波长为1990 nm，3 dB光谱带宽为25 nm。

利用高速光强度调制器对线宽为70 kHz的单频连续(CW)光纤激光器发出的激光进行调制，获得了100 MHz高重频、1 ns窄脉宽激光输出，调制后脉冲激光的线宽小于0.8 GHz。利用光纤激光放大器和Nd:YVO4固体激光放大器的混合放大装置进行放大，在一级固体激光放大后输出平均功率为13 W，在二级固体激光放大后获得了32.9 W的脉冲激光输出。实验中对调制后单频窄脉宽的小信号激光采用光纤激光放大器进行预放大，预放大输出激光功率达到2 W后采用固体激光放大器放大，从而避免了单频窄脉宽激光在光纤放大器中极易产生的受激散射和放大自发辐射(ASE)所导致的放大器损坏。放大后的激光仍保持了0.8 GHz线宽和1 ns脉宽、100 MHz重频。这样的输出激光在一些特殊要求中可以获得应用。

根据光阑衍射理论，以光阑衍射损耗灵敏度为参量，研究和分析了激光陀螺环形谐振腔的抗失调能力。基于激光陀螺的限模条件，为获得谐振腔的最佳光阑衍射损耗灵敏度，计算得到了激光陀螺抑制比下限。通过数值计算，研究了谐振腔增益和反射镜总损耗对其抑制比下限的影响，并得到了实验验证。研究结果表明：腔内增益越大，陀螺抑制比下限值越大；反射镜总损耗越大，陀螺抑制比下限值越小。这对激光陀螺环形谐振腔装调过程中抑制比的优化控制具有重要指导意义。

针对2 kW射频板条CO2激光器离轴负支非稳波导混合腔的近场分布存在较多高空间频率分量，导致聚焦后会产生不可忽略的旁瓣,无法直接应用于激光加工的问题，对谐振腔的近场分布使用特征向量法和矩形波导的解析表达式进行了数值模拟和实验研究。并结合Collins公式研究了输出光束整形过程中光场分布的变化和整形系统中空间滤波器的优化设计。理论和实验结果表明：激光器输出光束在整形前为有较多高空间频率振荡的长条形的简单象散光束。通过带空间滤波器的整形系统消除旁瓣，并将初始的长条形的简单象散光束整形成近圆形、近基模高斯分布的光束。整形后的光束非稳方向的光束质量因子M2为1.1，波导方向M2为1.08。

在激光二极管端面抽运的三腔复合镜Nd:YVO4双波长激光器中，通过合理配置两个支腔腔长和输出镜透射率，采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体，实现1064 nm和1342 nm双波长激光被动调Q。当1064 nm支腔透射率为20%时，获得脉宽为10.8 ns的1064 nm脉冲和脉宽为12.5 ns的1342 nm脉冲，1064 nm脉冲在前，两脉冲峰值的时间间隔为16 ns；当1064 nm支腔透射率为25%时，获得脉宽为11.3 ns的1064 nm脉冲和脉宽为14.2 ns的1342 nm脉冲，1342 nm脉冲在前，两脉冲峰值的时间间隔为19 ns。根据双波长谱线竞争理论和石墨烯对1064 nm和1342 nm激光的可饱和吸收特性，对上述实验结果给予了合理的理论解释。

激光熔化沉积(LMD)TC17钛合金在航空航天领域具有广阔的应用前景，其沉积态试样强度较高但塑性较差，为了改善其综合力学性能，首先对LMD TC17钛合金进行退火处理，结果表明随退火温度升高α相含量逐渐减小，α片层粗化，塑性升高而强度下降，且退火后LMD TC17钛合金拉伸性能未达到盘件技术标准。进一步研究固溶时效对其组织性能的影响，固溶温度升高将使初生α相(αP)相含量降低、αP片层粗化；时效温度升高使次生α相(αS)粗化。拉伸性能受αP、αS相含量、α片层厚度等因素影响，β基体上均匀弥散析出细小αS的组织将有利于提高强度，αP含量增加、组织粗化有利于提高塑性，通过800 ℃/4 h固溶处理后水淬以及630 ℃/8 h空冷热处理可以使LMD TC17钛合金获得较优的强塑性匹配，拉伸性能达到盘件技术标准。

利用钕玻璃脉冲激光对AZ31镁合金表面进行激光冲击处理，金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)微观组织表明激光冲击波导致镁合金表面层(强化层约0.8 mm)产生超高应变速率的塑性变形，晶粒内部存在大量位错和孪晶，高密度位错相互缠结,并与孪晶相互交叉导致晶粒细化。镁合金冲击表层硬度比基体提高约58%，表面残余压应力达120 MPa。在质量分数为3.5%NaCl溶液中，采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸应力腐蚀试验研究其冲击后的腐蚀行为，结果表明激光冲击后自腐蚀电位提高，腐蚀电流增大，抗腐蚀性有所降低，但激光冲击后镁合金抗应力腐蚀性能提高。

透明激光陶瓷比单晶材料在生产成本、坯体尺寸、掺杂浓度、工艺难度等方面具有明显优势，成为新型激光材料的研究热点。陶瓷激光器有望获得高功率输出，但陶瓷激光介质的热效应仍是制约输出功率的主要瓶颈。已有实验发现，采用复合结构的激光陶瓷，可实现热传导性能及材料内热布局的优化控制，改善输出激光性能并提升其功率。非水基流延工艺是制备复合陶瓷膜的常见技术，有机溶剂表面张力低，有利于提高浆料稳定性，获得均匀性更好、致密度更高的流延膜；有机溶剂容易蒸发，有利于加快浆料干燥速度，缩短陶瓷制备周期。

本试验采用IPG YLS-5000型激光焊接系统，焊接舰船用高强钢907A三明治板。采用万能试验机、显微硬度仪、超景深三维数码显微镜以及扫描电镜，测定了T型焊接接头的拉脱力学性能、显微硬度、显微组织和断口形貌。结果表明，焊缝和热影响区的显微硬度均高于母材，焊缝显微硬度在330~360 HV0.2之间；焊缝组织为板条马氏体，热影响区组织主要为马氏体、残余奥氏体及少量析出碳化物；T型接头断口属于兼有韧性断裂和解理断裂的综合断裂；焊接速度和离焦量一定时，焊缝宽度和深度随激光功率的提高而增大；T型搭接接头的力学性能主要取决于搭接处的焊缝宽度，在当前工艺条件下进行3道次的激光焊，能保证腹板和面板的接合强度比母材的强度大。

激光驱动飞片微冲裁技术是在约束层模式下利用脉冲激光辐照飞片箔材诱导冲击波驱动高能飞片加载金属薄壁工件实现冲裁的微孔制造技术。实验中，使用INNOLAS SpitLight 2000 Nd-YAG短脉冲激光器，20 μm厚的铝制飞片；采用厚度为0.5 mm AISI 1095钢薄片制作微模具，模具硬度为58 HRC，利用皮秒激光铣削技术在模具中心加工微模孔阵列，在厚度为20 μm的铝箔板上一次性冲裁出三个外接圆直径为500 μm的梅花状通孔。通过KEYENCE VHX-1000C超景深三维显微系统进行观测，微冲孔具有良好的冲裁轮廓质量，工件上表面与冲裁断面有圆角带过渡，下表面轮廓处毛刺现象不明显。并以ANSYS/LS-DYNA为平台，使用有限网格单元法和流体动力学光滑粒子法对微冲裁过程进行了数值模拟，分别从断面形成、等效应力分布、等效塑性应变分布以及粒子位移变化等不同方面分析了激光驱动飞片多孔微冲裁工艺的基本特性。

正畸托槽广泛应用于牙齿正畸临床治疗中。但由于诸多因素，粘结后的托槽时常会发生脱落现象，需要回收清洗，重新粘结。采用皮秒激光(波长为532 nm和1064 nm；脉宽小于20 ps)对Mini Sprint金属正畸托槽进行了激光清洗研究，有效地解决了常规激光清洗中因入射光边缘衍射效应而导致柱状固位结构周缘粘结剂残留的问题，实现托槽的完全清洗。确认高频断续超短脉宽的脉冲作用在材料中形成的热弹性波以力学振动传播扩散的方式是实现皮秒激光完全清洗的主要机制，该机制不同于常规激光清洗的热蒸发机制。发现不同波长皮秒激光清洗后的托槽固位结构单元顶端的表面形貌存在差异，因托槽制作工艺引入的表面本征缺陷在较短波长532 nm皮秒激光的辐照下，因表面等离子振荡效应的激发，而导致局域电磁场能量增强，形成有利于托槽粘结的微坑结构。

生物医学领域中的生物植入体必须使用具有生物相容性的材料进行连接以适应人体内复杂的生物、物理和化学环境。激光透射焊接(LTW)是解决生物医用材料之间连接的一种新方法。由于利用实验方式获得生物医用材料的最佳焊接工艺参数时间长、成本高，因此提出一种数值模拟驱动实验设计、工艺参数建模与优化的方法，对激光透射焊接生物医用材料进行了系统的研究。首先利用有限元模型(FEM)对焊接过程中的温度场进行模拟，并用焊接实验对模拟结果进行验证；然后利用FEM的模拟结果进行实验设计, 用人工神经元网络(ANN)建立工艺参数和焊接结果之间的数学模型，并用FEM的模拟结果对此数学模型的预测结果进行验证；最后采用满意度函数(DF)与遗传算法(NSGA-II)相结合的方法，对工艺参数进行多目标优化,并对优化结果进行验证。结果表明：优化的预测结果、实验结果、模拟结果之间均取得了较好的一致性，此方法为有效指导生物医学领域中的焊接实验、提高焊接质量和降低生产成本开辟了新途径。

镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔过程中，会沿孔壁形成一层再铸层，严重影响合金的使用寿命。考虑了熔体内热对流和热传导作用，以及反冲压力、表面张力、热毛细力等因素的影响，建立了镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔的三维数学模型。开展了脉冲能量为24 mJ时，各脉宽参数下纳秒脉冲激光制孔的数值模拟研究。模拟结果与实验吻合较好。结果表明再铸层是由热和力共同作用下形成的。制孔过程中，孔壁温度很高，最高温度达到3200 K以上，孔壁温度分布不均匀；反冲压力是引起熔体流动的重要因素，反冲压力导致的熔体流动速度很大，脉宽200 ns时，最大可达到60 m/s；并且由于表面张力的影响，孔壁会出现许多不规则的凹陷和凸起。由于熔体在孔开口处的对流作用，导致再铸层厚度在开口处最大。脉宽对熔体流动和再铸层的形成具有重要影响，脉宽越小，熔体速度越大，流动越剧烈，制孔后形成的再铸层厚度越薄。

激光热丝焊热输入小，填丝效率高，焊缝熔合比小，特别适合于表面堆焊及厚板的窄间隙焊接，如何获得稳定的焊丝过渡是其关键问题。采用高速摄像观察了不同工艺参数下的焊丝过渡行为，将其分为滴状过渡、熔断过渡、连续过渡、顶丝过渡4种类型，连续过渡是稳定的焊丝过渡，是获得良好焊缝成形的前提。不同焊丝过渡行为的区别表现为焊丝熔化位置不同，这是由焊丝获得热量的大小不同所导致的。获得稳定焊丝过渡的工艺控制原则是：电阻热小于焊丝熔化热，且电阻热与熔池传热之和大于焊丝熔化热。通过理论推导对熔池外焊丝温度进行了计算，发现当电阻热将熔池外焊丝加热至接近熔点时，有利于获得稳定的焊丝过渡。

采用正交实验优化了激光加工导轨试样的工艺参数，用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计对试样进行了显微组织分析和硬度测试，并在油润滑下与常规处理试样进行了磨损性能对比试验。结果显示，电流对硬化深度影响最显著，然后依次为扫描速度、脉宽和频率，优化后的激光加工参数：扫描速度为0.25 mm/s，电流为150 A，脉宽为10 ms，频率为7 Hz。激光加工试样熔凝区分布有球状石墨，相变区晶粒尺寸较熔凝区更细小，分布更均匀；硬度较常规处理有显著提高，其分布无变化梯度。当循环次数达38000时，激光加工试样较常规处理试样耐磨性提高约1倍。

采用最大输出激光脉冲能量为12.5 J的Thales Laser激光器，对比交叉轧制AZ31镁合金薄板和交叉冷轧钼带的激光冲击成形(LSF)特征，对其破裂行为和微观结构进行分析和探讨。结果表明：采用不同能量密度的激光束对镁合金薄板和钼带两种不同材料进行连续多次激光冲击，实现了其高应变速率冷成形。AZ31薄板和钼带LSF破裂均表现出厚度减薄形式，而钼带LSF过程中发现层裂现象，AZ31薄板LSF试样断口由韧性断裂和脆性断裂混合组成，而钼带LSF试样属于脆性断裂。此外，还讨论了两种金属板料的各向异性和应变速率对高能高应变速率LSF成形性能及其破裂行为的影响。

为了研究各种激光工艺参数对彩色打标效果的影响及其相互关系，通过计算获得了纳秒激光脉冲在不锈钢表面打标产生的温度场的解析结果，模拟了一系列激光脉冲由点打标成线、由线连成面的热作用过程。通过打标实验验证了对不锈钢激光彩色打标进行热分析的合理性。研究表明：激光工艺参数是通过热作用来影响打标效果，不同参数组合的激光结果能产生相同的颜色。同时发现，不同工艺参数的变化改变不同形式的热输入，产生的热影响会有一定的区别，一些彩色效果只能在特定的工艺参数组合的激光作用下才能产生。

提出并实现了一种用光纤色散压缩脉冲为载波的上变频射频光载系统。该系统把传统的连续光载波替换为频率啁啾脉冲，利用传输光纤色散压缩脉冲宽度，增强谐波分量，使脉冲载波上的信号在接收端转换到脉冲高次谐波上，从而实现了远端上变频。该方法的特点是用低频本振就可实现高频微波信号的产生，发射端无需电倍频器、混频器，接收端只需用滤波器选择所需频率信号，系统结构简单。应用该方法实现了2 Gbit/s信号经60 km普通单模光纤传输后远端上变频到16 GHz、经过5.4 m无线传输后误码率低于10-8的射频光载系统，系统中只有一个光功率放大器，无光在线和预放大以及光滤波器和色散补偿。

在探测器光电转换效率的理论分析和实际测试结果基础上，建立了其功率电流(P-I)特性的非线性模型。基于该模型分析了探测器工作于线性区和饱和区的光电转换能力，将实际测试结果和理论分析结合，研究了探测器响应度饱和情况下可见光通信系统的幅频响应的变化。实验结果表明在可见光通信(VLC)系统的设计中，荧光粉的余辉虽然不会被高速调制，但是它会降低光电探测器的幅频响应度，由于光功率过大导致的探测器响应度饱和会影响系统的幅频响应幅值和系统带宽。

研究了耗散孤子的放大和非线性展宽的动力学过程，成功研制了一种紧凑型高相干性的全光纤超连续光谱源。种子源为工作在全正色散域的耗散型全光纤锁模激光器，采用了非线性偏振旋转锁模技术，输出的耗散孤子脉冲宽度为5.18 ps，重复频率为24 MHz。种子光脉冲经过15 m双包层掺镱光纤放大后，耦合到长度为10 m的光子晶体光纤中，产生了超过一个倍频程的超连续光谱（550～1750 nm），最大输出功率为700 mW。系统研究了耗散孤子的放大过程以及光子晶体光纤反常色散区产生超连续谱的动力学过程和机理。

采用波长可调谐光源与光时域反射技术（OTDR）结合的方案，通过对光脉冲调制技术和光电转换电路的优化，实现了一种对超弱全同反射光纤光栅的准分布式解调系统。实验中，20个中心波长相近的超弱反射光栅间隔2 m放置于约5.8 km长的光纤尾端，该解调系统成功实现了对这些反射率仅为0.01%的超弱反射光栅高信噪比的解调与定位，并且测得的光纤布拉格光栅(FBG)中心波长随温度变化的线性度达到99.7%以上。

高性能偏振选择型光探测器是偏振检测系统中不可或缺的一部分。提出了一种由硅基谐振波导光栅和InP/InGaAs PIN光探测器混合集成的光探测器结构。利用严格耦合波分析方法设计了硅基谐振波导光栅结构，利用时域有限差分法优化了该混合集成光探测器的结构参数。数值仿真结果表明该光探测器在宽带范围内具有高量子效率、较大入射角容差及偏振选择性。该器件可以应用于偏振敏感系统中。

应用传输矩阵法对含色散负折射率缺陷一维sinc函数型光子晶体的光学传输特性进行了研究。结果表明：含色散负折射率缺陷的sinc函数型光子晶体比含同样缺陷的余弦函数型光子晶体具有更宽阔的光子禁带；该光子晶体的禁带宽度随着介质层折射率nB(0)、nA(0)或半周期厚度的增大迅速收缩变窄，缺陷模消失；当光波入射角增大时，禁带宽度变宽，缺陷模与禁带一起红移；计算还发现该禁带结构对色散负折射率缺陷层的位置变动十分敏感；但是，缺陷层厚度的变化不会改变禁带的位置和宽度，此时缺陷模会随着缺陷层厚度的增大向着禁带中心移动。这些结论对一维函数型光子晶体的设计具有重要参考意义。

高精度的摄影测量中，双目视觉测量是一种高效可行的测量方法。为了研究测量中双像机位置关系对测量结果的影响，将像机标定、定向及图像坐标提取等干扰因素作为理想量来考虑，从双像机交会测量的数学模型出发，综合双像机光轴的交会角、像机视场角以及红外发光二极管(LED)的发光角等方面因素，通过分析双像机在不同位置关系下对测量区域中红外LED控制点进行测量的结果及精度，最终给出双目视觉测量中像机站位的优化策略。

提出了一种基于星点像的环形光瞳快速相位复原方法。推导了环形光瞳点扩展函数的解析计算公式，将其表示为多项式的线性组合，多项式的系数即为光瞳相位分布的环形Zernike多项式展开系数。将该公式用于计算环形光瞳相位复原中的目标函数及其梯度，避免了常用相位复原方法中所需的傅里叶变换和有限差分运算，大幅降低了相位复原过程中的运算量。利用数值模拟和相位复原实验对所提方法的有效性进行了验证，实验结果表明，该方法能够有效提高环形光瞳相位复原的速度。

提出了在非球面检验中以反射镜补偿法线像差的方法，用于大口径凸非球面透镜的检测，克服了在检测大口径非球面透镜时一般需要采用多片透镜补偿的困难，降低了设计难度和装调难度,节约了加工成本。设计并研制了大口径凸非球面透镜检测系统，对误差来源进行了分析并给出消除方法。对直径Φ270 mm的凸非球面透镜进行检测，测得的非球面面形误差峰谷(PV)值与均方根(RMS)值分别为 0.585λ和0.083λ。该方法为大口径非球面透镜检测提供了技术参考，能够适用于大口径透镜粗抛光阶段中的面形检测。

作为一种超精密的非接触式测量设备，双频激光干涉测量系统可以在保证纳米级测量精度的情况下实现大范围和高速度测量，因而获得非常广泛的用途。环境是影响激光干涉测量系统测量精度的最大因素，为了获得纳米测量精度，必须对测量环境进行补偿。因此，重点研究了环境补偿技术，并研制了一种新型波长跟踪器，与Edlen经验公式进行对比测试，结果表明新型波长跟踪器具有良好的补偿效果。采用自制波长跟踪器补偿之后，被测运动台伺服精度可达1.61 nm。

采用热松弛时间表征微纳米含碳粒子受热瞬间热扰动和热响应存在的时间迟滞，同时结合Kn数判断受热粒子所处的流动区域修正空气导热系数，建立亚微米碳粒的单相延迟双曲型瞬态激光诱导辐射传热传质模型，分析碳粒子经高能脉冲激光照射前后其温度与激光诱导辐射光谱强度的时域变化特征。重点讨论了热松弛时间与激光能量等参数对不同粒径尺度的碳粒激光诱导辐射光谱信号的影响。结果表明，热松弛时间值越大，入射激光能量越高，粒径越小，受热颗粒的激光诱导辐射光谱信号振荡幅度越强，非傅里叶效应越显著，这为采用激光诱导辐射技术进行高温环境亚微米量级含碳微粒的定量测量研究提供理论依据。

为了对振动图像进行稳像处理及相机平台稳定装置的设计提供理论依据，研究了视轴抖动对成像质量的影响。分析了视轴抖动的原因及特点，在此基础上，提出了按图像灰度算法分析振动模糊图像的方法。利用仿真模型获得了视轴抖动情况下，不同抖动参数所对应的模糊图像的仿真图。搭建了一套振动成像实验装置，在实验中加载不同的振动源，可以得到不同振源下的模糊图像。利用图像的灰度均方误差评价成像质量，结果表明：在误差允许范围内，不论是在实验条件下，还是在仿真条件下，视轴抖动对成像质量影响的结果基本一致，从而验证了仿真算法的正确性。在实际应用中，可以通过仿真来分析视轴抖动对成像质量的影响。

将数字显微全息(DMH)技术应用于磁流变液微观结构与机理的观测,提出了全局灰度梯度法(OS)和最小二乘方滤波器(CLS)技术来提高铁磁性微粒子的焦平面定位精度,利用校准靶面置于磁流变液测量域中方式获得铁磁性微粒子的真实放大倍率。搭建了用于测试磁流变液特性的数字显微全息测量系统,同时利用以上处理方法，得到了磁流变液在无磁场下其铁磁性微粒子和有磁场下其微观结构的三维空间分布,实时观测了磁流变液微观结构的变换过程，获得了磁流变液在外加磁场下的成链结构、链化速度和响应时间，验证了磁流变液的响应时间为毫秒量级，与电子显微镜观测实验结果进行对比，证明了数字显微全息可以高效、简便、实时地测量磁流变液的流变特性。

为了提高数字全息再现图像的分辨率，分析了增强图像分辨率的典型方法，提出了同时采用图像内插与外推的数字全息分辨率改进方法。对采集的全息图运用图像算法进行向内插值与向外填充，在全息面和物面之间采用角谱方法进行双向衍射迭代。通过该方法可以实现全息图的内插与外推,内插过程可以增加全息图空间采样频率而外推过程扩大了全息图数值孔径。同时，讨论了内插与外推的限制因素，并将新的改进方法与单独采用外推或内插进行了比较，模拟和实验结果证明，运用该方法可以明显改善再现图像分辨质量。

提出一种基于圆偏振光干涉的相移数字全息术，该技术利用1/4波片产生左旋圆偏振的参考光和右旋圆偏振的物光，通过精确旋转放置在CCD前的偏振片，依次改变物光与参考光间的相位差，获得四幅相移数字全息图。数值模拟分析和光学实验结果表明该技术能够有效地去除数字全息图再现像中的零级和共轭像，再现图像质量好。

基于光子混频原理及相干探测技术，利用外腔半导体激光器及一种蝶形交指结构低温砷化镓光电导天线，搭建了一个可调谐连续太赫兹波辐射探测系统。在室温条件下，实现了连续太赫兹波的产生及探测，其连续太赫兹波输出的线宽优于1 MHz。在频率小于0.70 THz时, 实验获得的系统信噪比均在50 dB以上。在频率为0.50 THz处，系统信噪比为64 dB。另外，还实验研究了辐射太赫兹波电场强度与光电导天线偏置电场的关系，讨论了外腔半导体激光器模式对连续太赫兹波辐射的影响。

研究了在非科尔莫哥罗夫湍流下，超连续谱光源的水平传输特性。将超连续谱视为多个窄带光谱分量的叠加。利用互谱密度方法，考虑大气衰减的影响，计算了在不同的湍流内外尺度下,光源的束宽和传输效率随非科尔莫哥罗夫谱α参数的变化关系；以及在不同湍流强度下，束宽和传输效率随光束质量的变化关系。分析结果表明：α参数和湍流的内外尺度会对超连续谱光源的传输特性产生影响。湍流会影响光束束宽，并降低光传输效率；当超连续谱光源的光谱分量为高斯基模时，湍流对其传输特性的影响尤为强烈；而当光谱分量为高阶模时，湍流带来的影响变弱，衍射成为影响传输效率的主要因素。

影响机载激光扫描点云精度的测量误差因素有很多，它们共同存在且交叉影响，因此确定各测量误差因素、分析它们各自对点云精度的影响大小并排序，对消除重要误差因素的影响、有效提高点云精度有重要意义。通过分析圆锥旋转式机载激光扫描工作原理，明确了影响点云精度的各种误差因素，建立了各误差因素和点云精度之间的映射关系。采用多元线性回归方法，建立了各误差因素与点云三维坐标误差之间的多元线性回归方程，获得了标准化回归系数，定量评价了各误差因素对激光点云三维坐标精度的影响显著性，并进行了排序。为机载激光扫描系统的误差分配和重要误差因素的抑制补偿以及有效提高激光点云的精度，提供了重要的理论依据。

光频移是影响相干布居囚禁（CPT）原子钟输出频率质量的重要因素之一，优化CPT原子钟光频移特性往往需要很长的调试时间。采用现场可编程门阵列，实现了一种数字正交解调方法，能够方便地优化原子钟与光频移相关工作参数，大大缩短了优化原子钟光频移特性所需时间，减少了调试工作量。该方法应用于原子钟生产可节省产品出厂调试周期和工作量。

光声腔的性能是决定基于光声光谱学的微量气体检测系统灵敏度的重要因素之一，光声腔的设计是建立光声光谱气体检测系统的关键环节。基于光声光谱技术及声学理论设计了一种长度可调的一阶纵向反馈谐振式光声腔，通过实际测量的方法直接得到谐振频率，有效避免了重复计算过程和制造过程中产生的误差，使测量更便捷，提高了系统检测灵敏度。建立了光声光谱气体检测系统，实验分析了谐振腔长度、光声腔长度以及光源功率对光声信号的影响，并测得系统信噪比为39.5，检测灵敏度为2.78×10-6。

利用自建的液相射流和双脉冲激光诱导击穿光谱技术(LIBS)实验装置，测定了AlCl3水溶液和混合溶液中Al元素的单脉冲和双脉冲激光诱导击穿光谱，给出了单、双脉冲下的最优LIBS实验参数，在最优化实验条件下，得到AlCl3水溶液和混合溶液中Al元素质量分数的单、双脉冲LIBS检测限分别为26.79×10-6、28.85×10-6和11.93×10-6、14.46 ×10-6，双脉冲LIBS检测灵敏度比单脉冲明显提高。

为了将激光诱导击穿光谱(LIBS)应用到受热面金属材料特性的研究，选择不同晶粒度等级(7级、6级、5级和4级)的12Cr1MoV合金钢为对象，研究不同实验条件下（不同激光能量和光斑直径），12Cr1MoV晶粒度等级与激光诱导击穿光谱特性的关联性。研究结果表明，当光斑直径为206 μm时，在不同能量条件下，不管是基体元素Fe还是合金元素Cr的谱线强度，均与样品的晶粒度等级之间存在较好的关联性。分析Fe离子线与原子线比值时发现，当采用100.6 mJ激光能量、206 μm光斑直径时得到的拟合度达到0.987，优于直接根据谱线强度得到的拟合效果。

离轴三反系统的装调主要采用初始定位与计算机辅助装调相结合的方法，实际加工过程中由于检测手段的限制，使得离轴量以及离轴角的控制精度较低，根据加工提供的离轴量参数并以其背部平面为基准进行反射镜初始定位会引入较大的初始像差，用计算机辅助装调无法收敛。基于自准直原理，进行反射光路分析，得出离轴反射镜位置与反射像位置的数学关系，并基于以上数学关系提出一种可精确测量离轴反射镜离轴量以及离轴角的系统，该系统包括高精度90°直角弯板、高精度直线导轨、中心定位特种工装、内调焦望远镜以及测微光管，其测量离轴量以及离轴角的精度分别为±0.05 mm和±10″。

为了降低变焦距系统设计时对经验的过度依赖，提出用Matlab仿真分析来分配变焦系统各组元光焦度。以组元之间的间隔为初始量，把变倍组的物距作为自由量，通过计算公式求出满足间隔要求的光焦度分配和组元运动形式。并通过Matlab仿真，画出变焦过程中各组元移动轨迹，分析各组元偏角、视场角等因素对系统复杂程度的影响，合理分配各组的光焦度，最后制定出初始结构。对没有经验的设计者，是一种很好的方法。为了验证该方案的可行性，设计一个14×正组补偿型变焦系统，所设计系统优化后的光焦度分配值和计算的结果很接近。

一种用于印刷电路板（PCB）的激光直接成像（LDI）光刻设备，需要加工高密度互连(HDI)基板的厚度变化范围为0.025~3 mm，为此设计了一种共轭距可变的光刻投影物镜。采用双远心光路结构，通过压缩物方和像方远心度误差的办法，可以有效地实现共轭距变化范围达3 mm。采用正负光焦度合理匹配，可以有效地在共轭距变化范围内很好地校正波像差、畸变等像差，实现良好的成像质量。以光刻投影物镜光学设计的具体实例，证实了通过压缩物方和像方远心度误差的办法，可以有效地获得共轭距变化一定范围的光刻投影物镜，并在该变化范围内保证实际光刻设备所要求投影物镜的成像质量。

设计并实现了频差为9.2 GHz的两束光在三镜环形腔内的双共振频率锁定及输出两束光的空间分离。当腔长精确控制为391.3 mm时，频差9.2 GHz的两束光在三镜环形腔内达到双共振。与此同时，利用不等臂马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪，在两臂光程差为81.5 mm且相位差为π/2时，实现了对两束光的空间分离。该装置为实现腔内原子相干效应介质中的光量子态交换奠定了实验基础。