漫反射非接触测量方法是测量入射激光功率密度分布的有效手段。但强激光长时间辐照漫反射金属靶板，材料上升到一定温度表面反射率将显著下降，影响测量效果。基于有限元方法，结合热源抖动和风速对流，对镀金膜的铝板进行了强激光辐照条件下的温度变化模拟，结果表明材料表面能量吸收率是决定温度升高的关键因素。通过粗糙度设计可实现与光滑表面吸收率接近的漫反射表面，有效降低靶板温度，为优化漫反射金属靶板设计提供参考。

氧碘腔镜作为氧碘化学激光器重要组成部分，氧碘腔镜反射率的高低制约氧碘化学激光器功率的提高，必须对氧碘腔镜反射率进行精确测试。基于光腔衰荡光谱法搭建的氧碘腔镜高反射率测量系统测量精度高，氧碘腔镜中450全反镜反射率测试结果为99.979%。搭建的氧碘腔镜高反射率测量系统的不确定度主要由衰荡腔腔长、腔镜衰荡时间和待测镜衰荡时间时间确定。其中衰荡曲线最大幅值点的选取和测量重复性对测量结果的不确定度影响较大，在对衰荡曲线的处理过程中，应该注意选取合适的幅值点。通过对氧碘腔镜高反射率测量系统不确定度分析，得出扩展不确定度为0.0152%。

检测光纤环形激光器输出模式的动态特性是实验与工程应用的难题之一。在不同抽运强度以及长时间运转条件下,激光器会输出复杂的模式动态现象。受限于实验手段，目前的实时测量系统局限于仅获取激光器的输出强度信息而无法准确获取更多的模式动态特性。基于这一点，报道了采用光学外差的测量方法，搭建相应的实验装置测得待测光纤环形激光器与参考光源的拍频信号。实验中可实时获取包括跳模以及频率漂移在内的模式动态时频瀑布图，并提取各模式强度的时间序列，进而能够检测光纤环形激光器输出模式动态特性以及分析模式光强，为控制光纤环形激光器输出以及探究其内在频率动力学特性提供重要的测量手段。

通过理论分析和实验研究系统分析了工作温度对光纤激光器输出功率、光谱特性的影响。建立考虑抽运波长变化的激光器速率方程模型，仿真分析了关键器件工作环境温度对光纤激光器输出功率的影响。在915 nm激光抽运下，利用搭建实验系统测试了激光二极管(LD)、光栅、光纤等温度变化对输出激光功率、光谱的影响，并与理论计算结果进行对比。结果表明，理论仿真与实验结果基本一致，光纤激光器在设定15 ℃~40 ℃冷却范围内,较稳定输出约140 W功率，除了包层光滤除以外的关键点温度低于55 ℃，具备一定的高低温工作的能力。

高光束质量、高功率的光纤耦合半导体激光器在工业加工领域具有广泛的应用需求。本文采用微光学元件光束变换系统（BTS）对19个发光单元的标准cm-bar半导体激光器阵列进行光束变换，提高阵列慢轴方向的光束质量；设计了紧凑型空间合束模块结构，实现了两个方向光束质量均衡的空间合束；利用4个模块经过偏振合束、波长合束后，耦合入芯径为 400 μm，数值孔径为0.22 的光纤，光纤耦合输出最高功率达1070 W，耦合效率为96.3%，电光转换效率为43%，在最高功率下连续工作1 h，功率不稳定度小于1%。

使用固态源MBE系统进行锑化镓基量子阱激光器结构的外延生长，通过优化稳定生长条件，结合标准宽条形激光器制备工艺，获得了在15℃工作温度下823 mW的连续光输出，注入电流0.5 A时，峰值波长为1.98 μm。在1000 Hz，5%占空比的脉冲工作模式下，最大脉冲功率达到1.868 W。

研究了大功率底发射垂直腔面发射激光器（VCSEL）单管器件光束质量，分析了电流、出光孔径、衬底厚度等因素对M2因子、远场发散角、近场及远场光强分布等的影响。使用有限元的方法对不同电极及不同氧化孔径时有源区中电流密度的分布进行了计算，为了获得高功率、高光束质量的VCSEL器件，选择氧化孔径为650 μm以及P面电极直径为580 μm，在对电流进行有效限制的同时实现了有源区中电流密度的均匀分布，从而抑制远场光斑中边模的产生，改善了光束质量。

高功率全光纤结构激光系统中，后向受激拉曼散射光会被合束器等器件吸收，产生热量并对器件造成破坏，成为限制功率提升的因素之一。提出前向拉曼兼容光纤激光器概念，通过注入辅助种子光抑制后向光来提高输出功率。建立了含有受激拉曼散射效应（SRS）的主振荡功率放大（MOPA）结构数值模型，模拟分析了后向光的特性，且比较了注入不同功率、不同波长辅助种子光对输出总功率的影响。计算结果表明，当注入辅助种子光在特定波长特定功率时，系统输出功率可提升一倍以上。

利用柯林斯公式，采用有限单元法建立了环形腔本征光场的计算模型，求出了模式横截面上的光强分布。在平面环形腔中，反射镜的像散导致其模式光强分布在弧矢平面和子午平面不对称，基模为椭圆光斑，但高阶模可分离。在非平面环形腔中，随着图像旋转角逐渐变大，弧矢平面和子午平面分量发生了耦合，高阶模的光场分布随坐标旋转角的变化清晰地给出了坐标旋转对光场模式的影响。当采用90°旋转腔时，光强分布近乎轴对称，但与直腔有着本质不同。

报道了444 nm蓝光激光二极管抽运的掺镨氟化锂钆(Pr3+:GdLiF4) 固体红光激光器。实验采用掺杂粒子数分数为1.01%的Pr3+:GdLiF4晶体，样本沿a切方向，尺寸大小为2.7 mm×2 mm×4 mm(a×c×a)，在激光二极管抽运下通过设计的平凹腔获得了波长为639.3 nm的连续红光输出。通过多次优化，当抽运光输入功率为3 W，输出镜透射率为3%时，获得了最大输出功率153 mW，其斜率效率约为6.78%，抽运阈值达到750 mW。

以玻璃材料为例对含烃和无烃类半导体抽运碱金属蒸气激光器（DPAL）窗口在高功率连续抽运条件下的损伤过程和机理进行实验研究，通过相机的观察记录铷蒸气池窗口在高功率密度抽运光入射条件下的表面形貌变化，以及对照射后铷蒸气池窗口形貌的显微观察，得到实验结果表明DPAL窗口损伤存在热致物理损伤和化学损伤两种不同的过程，并对其机理进行了分析。该研究方法可应用于其他材料（如蓝宝石）DPAL窗口性能的诊断测试。

报道并制备一种脊波导结构的大功率1.5 μm分布反馈(DFB)激光器。为了获取最大的激光器出光功率，采用上下限制层非对称的波导结构。通过模拟仿真发现，当下限制层选择为450 nm时，该激光器具有最小的内部损耗系数，同时还能保证一阶模（m=1）在量子阱区具有最小的限制因子。实际制备的管芯的损耗系数为9.78 cm-1，这与仿真中计算的损耗系数9.3 cm-1较为符合。600 mA直流电流下，制备的法布里-帕罗(F-P)腔激光器最大功率大于114 mW；255 mA直流电流下，制备的单波长DFB激光器具有45 dB的边模抑制比，40 mW输出功率，和小于400 kHz的光谱线宽。

为了研究准分子宽带抽运碱金属激光器(XPAL)的输出特性，建立了增益介质为Cs-Ar混合气体的五能级XPAL的含时速率方程。使用三角脉冲型抽运，通过模拟计算得出了输出激光能量随输入脉冲抽运能量变化、温度变化、弛豫气体分子浓度变化的曲线图，模型得到的斜率效率和实验数据符合较好。结果表明，其他条件不变的情况下，温度越高，XPAL的阈值和斜率效率越高；弛豫气体分子浓度足够大的时候，D2线激光会消失；XPAL在T=515K附近时效率最高。

报道了以拉锥光纤上的石墨烯作为可饱和吸收体的2 μm被动调Q锁模掺铥光纤激光器，采用环形腔结构，研究了腔内脉冲随着抽运功率增加的演化过程，并最终得到了稳定的调Q锁模脉冲，当抽运功率达到390 mW时，开始出现调Q状态，重复频率为19.5 kHz。当抽运功率达到490 mW时开始出现调Q锁模现象。调Q包络重复频率为30.2 kHz,锁模脉冲重复频率为19.5 MHz。当抽运功率达到610 mW时，锁模脉冲会填满调Q包络，此时调Q包络重复频率为44.9 kHz，锁模脉冲重复频率仍为19.5 MHz。

利用计算流体动力学（CFD）技术，对有机污染物在空间滤波器内的扩散情况进行了数值模拟，得到了在不同洁净控制设计方案下，有机污染物物在空间滤波器真空系统中随扩散时间的浓度分布情况，而后在优选设计的基础上对模型进一步优化，最终减少了有机污染物对空间滤波器内光学元器件的污染，对于实现高功率激光装置的高效、精密运行具有重要意义。

实验研究了探测器增益对激光干扰效果的影响。测试了暗背景下、无激光干扰时CCD在不同增益下输出图像的噪声分布和灰度量级，确定了噪声灰度均值随CCD增益增加的变化关系。通过比较不同增益下的激光光斑图像和灰度分布，发现增大CCD增益，可以放大激光主光斑周围的弱光信号，增加饱和像元数，增大干扰面积，提高激光对CCD的干扰效果，并确定了信号灰度随CCD增益增加的变化关系。基于信号、噪声灰度与CCD增益之间的变化关系，实现了不同增益下激光干扰效果的仿真。该研究结果可为评估光电成像系统在不同增益下的激光干扰效果提供技术支持和理论参考。

建立了基于掺氧化镁周期极化铌酸锂晶体的脉冲光学参量振荡器模型，数值研究了种子注入强度对光学参量振荡器信号光转换效率的影响。仿真结果表明，增加种子光强度可以抑制光学参量振荡器的多纵模运转，大幅提升信号光内种子光纵模的转换效率。但当有效注入强度达μW/mm2量级时，由于种子光纵模受到增益饱和限制，其转换效率基本不再提升。增益饱和的上限受到逆转换效应影响，导致了抽运光能量不能得到充分利用。展望了通过优化晶体长度，采用结构更加简化的光学参量放大器能够避免逆转换效应的发生，更加充分利用抽运光能量，有望继续提升单纵模信号光的转换效率。

为了预测和控制激光融化成型过程的聚合物温度变化，基于热传递和能量守恒原理，建立CO2激光扫描辐照聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）有限元分析模型，模拟低功率CO2激光扫描辐照的PMMA试样融化过程，分析激光功率、扫描时间、扫描速度和光斑直径等激光参数对试样三维瞬态温度场影响，研究激光参数和试样温度变化之间的内在关系。模拟结果表明，试样最高温度呈波浪式增长，最低温度呈近似线性增长，随扫描时间增加温度差增大；选择适当激光参数，试样基体能够控制在软化或融化温度范围，模拟结果与激光融化成型实验相符合，为聚合物激光融化机制及其成型工艺研究提供了参考依据。

运用ANSYS有限元软件对激光熔覆316L不锈钢的温度场进行了数值计算，利用建立的三维模型，分析激光熔覆过程中温度场分布情况和熔池节点温度梯度的变化规律及扫描路径对温度场的影响。结果表明，熔池的前端和重熔区的等温线比较密集，热量比较集中，该区域为裂纹的敏感区。短边扫描比长边扫描更有利于降低节点的温度梯度，进而抑制裂纹产生，同时也更有利于熔覆层与基体的结合和激光熔覆的持续进行。

利用激光熔覆的方法在45钢基体上制备了CrNiAlCoMoB0.5高熵合金（HEA）涂层，研究了涂层组织结构及耐腐蚀性能。结果表明：涂层的耐腐蚀性良好；涂层在3.5%NaCl(质量分数)电解液中的腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流Icorr与304不锈钢相当，耐点蚀能力优于304不锈钢，但是，涂层的钝化能力弱于304不锈钢；涂层在1 mol/L H2SO4电解液中的Ecorr和Icorr与304不锈钢在同一个数量级，且相当接近，表现出良好的耐腐蚀性能，涂层主要发生晶间腐蚀，304不锈钢为不规则的片状腐蚀；涂层在1 mol/L NaOH电解液中的Ecorr小于304不锈钢，其腐蚀倾向大于304不锈钢。同时涂层的Icorr小于304不锈钢的Icorr，即涂层的耐腐蚀性优于304不锈钢，且涂层钝化能力与304不锈钢相当。

采用铝硅焊丝（ER4043）对6061铝合金和SUS304不锈钢试样进行激光填丝熔钎焊，焊接接头采用对接方式。使用响应曲面法建立了焊接工艺参数与抗拉强度的数学模型。然后使用抗拉强度作为优化目标，采用数值优化方法确定了焊接最佳工艺参数，并使用优化后的工艺参数进行焊接试验。结果表明，基于响应曲面法建立的数学模型具有较好的准确性，各焊接参数对抗拉强度的交互作用明显，使用优化后的工艺参数焊接获得的最大抗拉强度可达180 MPa,金属间化合物厚度约为2.85 μm。

在激光熔覆过程中，对熔覆层凝固组织的传统调控是通过改变激光功率、扫描速度、光斑大小等参数来实现的，但此类调控方法只能改变熔覆层熔池的传热边界，调控效果有限。为了实现对熔覆层熔池中传热传质行为的趋向性控制，有效调整凝固组织的形态、大小和方向，利用电-磁复合场的协同作用，产生方向、大小、频率可控的洛伦兹力，驱动或阻碍熔覆层熔池的对流运动，影响其凝固过程。仿真和实验有效证实了电-磁复合场协同作用对熔池所产生的影响力要远大于单一稳态磁场，是一种强有力的熔覆层组织调控手段，并有望提高通过激光组合增材制造的轮机高温部件的疲劳寿命和降低凝固组织的内部缺陷，将其推广应用于熔凝、合金化、焊接等其他激光加工领域。

为解决脉冲激光焊接工艺参数多，参数调整依赖经验的现状，采用二次回归正交旋转组合的方式，设计激光焊接TC4薄板的试验方案。基于响应面法构建TC4薄板激光焊接工艺参数（电流、脉宽、频率）与预测响应值（接头拉伸强度）之间的数学模型，并通过该数学预测模型对各焊接工艺参数在焊接过程中的影响规律进行了研究。分析表明，焊接电流对激光焊接接头的拉伸性能具有主要影响，而脉宽和频率在对接头拉伸性能的影响方面具有明显的交互作用，且任一单因素对接头拉伸性能的影响效果均小于焊接电流。得到适用于1.5 mm厚TC4薄板的最优焊接工艺参数，并进行了相关试验验证，结果表明，所建模型与实际符合良好，具有工程实用价值。

为实现航空钛合金关键结构的改性去应力修复，在钛合金表面Nd:YAG激光制备了梯度改性修复层，扫描电镜(SEM)观察了微观组织，用能谱分析仪（EDAX）分析了元素成分和含量，测量了抗热震和热疲劳性能。结果表明，修复层微观组织主要为粗大和不完整的树枝晶、相对较细小的等轴和近等轴晶及细小短纤维状形态；随Cr3C2含量增加，树枝晶的数量、大小均呈上升趋势。梯度修复层比传统复合涂层具有更优异的抗热疲劳和热震性能。修复层表面氧化膜均匀致密，主要为连续的短纤维状组织，Ti600基体的氧化膜主要为疏松的金红石结构的颗粒状TiO2晶粒，以多面体规则形状堆垛，且晶粒粗大。

太赫兹波（THz）是一种介于微波和红外线波之间的电磁波。由于生物体对THz波的独特响应性，太赫兹波在生物医学领域的应用研究特别是其与生物组织的相互作用成为了研究热点。该研究旨在探索太赫兹波能否激发光敏剂产生光敏效应。采用纳焦级宽谱（1~3 THz）的脉冲太赫兹光源对光敏剂（PS）血卟啉单甲醚（HMME）照射30 min，用DPBF作为单态氧的捕获剂检测单态氧产率。采用相同的太赫兹光源照射常规培养的HepG2细胞，光学显微镜下观察细胞形态，MTT法检测细胞活性。PS+THz组单态氧产率显著高于单纯太赫兹波组（21.04% vs. 2.39%）；PS+THz组HepG2细胞形态较对照组略圆，细胞有收缩趋势；细胞活性检测结果显示，太赫兹波照射后HMME孵育的HepG2细胞的活性降低至81.13%（THz组为99.21%）。实验结果表明宽谱1~3 THz纳焦级太赫兹波可激发光敏剂HMME，激发效率约为20%。

针对脉冲激光器峰值功率大、重复频率低和占空比受限等特性，对现有的无线光通信调制方案进行分析和改进，给出改进后调制方案的符号结构，在功率效率、带宽需求和传输容量等方面对其性能进行分析比较，并在理想的加性高斯白噪声干扰下分析其误包率。理论分析和仿真验证表明：脉冲宽度调制方案具有最大的传输容量，能在适应脉冲激光器特性限制的同时，获得较好的调制性能，在无线光通信系统中有一定的应用前景。

实验验证了一种结构简单的10 Gbit/s非归零信号(NRZ)通过高非线性光子晶体光纤（PCF）的四波混频（FWM）效应实现了单抽运偏振不敏感和宽范围可调谐全光波长转换。利用50 m光子晶体光纤较高的双折射效应，固定抽运光的偏振态与高非线性光子晶体光纤的双折射轴成45°夹角入射，信号光与抽运光在光子晶体光纤中进行四波混频时，其变换效率对信号光偏振态的随机变化不敏感，闲频光输出功率几乎保持不变。实验结果表明，所搭建的全光波长变换器在28 nm变换范围内，闲频光偏振敏感度低于1 dB，随着10 Gbit/s的信号光偏振态的变化，波长变换效率优于-13 dB的偏振不敏感全光波长变换器，闲频光信号Q因子大于7。

提出一种基于拉曼放大的零差布里渊光时域反射技术，在长距离分布式光纤传感中实现对温度和应变的快速单端测量。该方法通过拉曼放大提高多峰布里渊峰值功率，实现布里渊拍频峰功率的提升，可有效提高传感系统的信噪比(SNR)和传感距离。通过解拉曼放大的耦合方程，得到同向、反向以及双向拉曼增益，并从理论上导出了前端拉曼抽运系统的布里渊拍频峰的峰值功率分布。以50 km的大有效面积光纤为例，在抽运功率为800 mW的前端拉曼抽运下，仿真得到2个拍频峰的最低信噪比位于光纤初始端，分别约为26.4 dB和21.5 dB。光纤末端处2个拍频峰的信噪比分别为70.9 dB和46.8 dB。结果表明，所提出的方法在不降低测量精度和测量速度的情况下，可使光纤传感的动态范围提高11倍。

理论分析了温度通过热胀冷缩效应对光纤长度产生影响的机理，并在不同波长情况下通过不同长度的光纤进行了实验验证。实验结果表明：在不同波长下，当温度每变化1 ℃时每千米单模光纤长度改变量相差不大；对于不同长度的光纤，当温度每变化1 ℃时单模光纤长度改变量与光纤长度基本呈正比例关系，基本与理论分析结果一致。

为了测量金属板材在拉伸作用下的微应变，设计了以中心波长为1550 nm的多模光纤宏弯损耗传感器为传感元件的轴向微应变测量系统。该传感器将多模光纤传感环垂直固定在被测板材上，当板材被拉神时，光纤传感环的弯曲损耗效应明显增强，导致背向瑞利散射光强发生剧烈波动。搭建了轴向微应变测量系统，根据光时域反射原理获得了背向瑞利散射的光强变化，从而计算出金属材料应变值，可实现分布式实时测量。实验结果表明,该多模光纤宏弯损耗传感器的弯曲敏感区半径约为3~6 mm，微应变测量范围约为500~3000 με，微应变测量精度约为40 με。

TiC强化涂层具有硬度高、耐磨、抗氧化等优良性能，广泛应用于工模具表层。激光熔覆原位反应法是一种具有明显优势的制备TiC强化涂层的方法。而通常所用的机械混粉法混粉均匀较困难，粉末混合不均将直接影响TiC的反应生成。采用溶胶凝胶的方法制备TiO2-石墨（C）均匀混合的粉末，通过半导体激光辐照45#钢基体原位反应制备TiC强化涂层。分别采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度仪表征涂层的表面物相、显微结构、显微硬度，研究了激光功率、扫描速率、气流量对强化涂层中TiC的含量以及显微结构的影响。结果表明，强化涂层中TiC强化颗粒呈多边形或不规则形状；在满足能够形成熔覆层且生成TiC的前提下，涂层中TiC颗粒含量随激光作用比能量减小而增大、随气流量增大而增大；当激光作用比能量为250 W·s/mm2、气流量为30 L/min时，涂层最高硬度达1151 HV0.2。

借助扫描电子显微镜，对2219铝合金电流作用下激光焊接接头进行原位拉伸试验，观察接头的裂纹形成、裂纹扩展过程及断裂模式，研究其微观断裂行为，揭示微观组织与力学性能之间的关系。研究结果表明，加载时裂纹主要在焊缝区共晶相与基体界面处和枝晶间的基体萌生；裂纹扩展以沿晶扩展和穿晶扩展两种方式进行，共晶相明显阻碍裂纹扩展；焊接接头在焊缝区以正断+剪断的混合模型发生断裂。电流作用使焊缝组织细化、共晶相均匀弥散分布、溶质固溶度增加，均对裂纹的萌生和扩展起抑制作用，揭示了电流作用调控铝合金激光焊缝组织使接头强度提高的机制。

运用全光学方法研究了具有较弱磁晶各向异性的FePt薄膜中的超快磁化进动行为。利用飞秒激光脉冲诱导产生磁化进动，基于时间分辨磁光克尔光谱方法测量其动力学过程，并通过拟合分析获得了进动频率与Gilbert阻尼因子的外场及激发能量依赖关系。基于微磁学理论和实验条件推导的磁化进动频率表达式能够很好地解释进动频率的非线性外场依赖关系，而频率随激发能量缓慢增大源于更高的平衡温度。分析表明本征磁阻尼因子比文献报道的L10-FePt薄膜的磁阻尼小得多，而有效磁阻尼随外场增大迅速减小源于磁不均匀性。实验还发现提高激发脉冲能量可以减缓一致性磁化进动的能量耗散。

为了有效地减小机载平台振动对激光雷达（LiDAR）测量数据的精度的影响，针对机载平台振动的特点研究了平台振动引起的激光束指向误差的传递模型。将平台的振动分解为线振动和角振动，分别建立了沿x、y和z三个方向上的线振动的误差传递模型，以及绕三个轴的俯仰、侧滚和偏航角振动的误差传递模型，分析讨论了各向线振动和角振动对定位精度的影响规律。通过仿真发现载机x向线振动仅在坡度存在时才会产生y和z向的定位误差；而y和z向线振动不影响x向定位精度。载机角振动对水平定位精度影响较大；y和z向定位精度仅受侧滚角振动的影响；俯仰和偏航角振动主要产生x向的定位误差。

目前的图像检索技术主要利用图像的颜色、纹理、形状等特征来进行，其检索速度和精确度还不能满足用户需求。采用基于尺度不变特征变换(SIFT)的图像检索，但由于特征点数及维数太大，给检索的实时性造成了影响。对SIFT算法利用局部保持投影(LPP)的方法进行降维，以减少特征点的个数,并利用增强型近似最近邻方法，在匹配时加入了二次判定机制，对可能匹配的点对进行握手确认，从而可以提高匹配的精确度。通过图像库中20幅图像的实验验证，证明了改进的SIFT算法在图像检索中的实时性及匹配率的提高，可以很好地应用在图像检索中。

研究了当部分相干拉盖尔-高斯谢尔模型(LGSM)光束在大气湍流中传输时，偏振度对光束漂移的影响。依据交叉谱密度函数和广义惠更斯积分原理，理论上推导出了部分相干LGSM光束的长期束宽和光束漂移表达式。通过仿真不同偏振度的LGSM光束随着传输距离、湍流强度和相干长度变化的光束漂移，研究偏振度对光束漂移的影响。仿真结果表明，部分相干LGSM光束的偏振度越大，相干长度越小，产生的光束漂移越小。这对自由空间光通信(FSO)中，有效降低光束漂移有重要意义。

基于最近发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数和线性介质中广义惠更斯-菲涅耳积分公式，推导了多高斯-谢尔模型光束的光强、相干度及光束质量分子M2的解析表达式，研究了海洋湍流对多高斯-谢尔模型光束传输特性的影响。数值计算结果表明，海洋湍流对多高斯-谢尔模型光束传输特性有着重要影响。适当地选择光束参数，在远场光强不仅可以形成平顶分布，而且这种平顶分布在湍流中能够保持相当长的距离，并且多高斯-谢尔模型光束的级次N越大，湍流诱导的光束扩展越小。

窄带钠层荧光激光雷达可以获得80~110 km钠层风场和温度，是高空大气探测的发展趋势。报道了最新研制成功的国内首台全光纤、全固态窄带钠层荧光激光雷达系统，包括全固态激光雷达整机方案、系统采用关键技术及钠层初步探测结果。该系统已经初步实现北京上空钠层温度和钠原子数密度的探测。该全固态型激光雷达具有稳定性好、可靠性高、硬件调整少等特点，为钠层探测提供了有利手段。

浮游植物吸收系数是海洋光学研究中重要的参数。该参数随着海区以及时间不同呈现较大的差异。为了更好地表征该参数，探讨了聚类法在浮游植物吸收系数非线性模型中的应用, 修正了非线性模型中浮游植物吸收特性随区域性变化带来的误差。通过计算不同波段的反射率二阶导光谱和吸收系数光谱的自适应指数（ARI）发现555~681 nm波段的反射率二阶导光谱可以较好地表征吸收系数光谱的光谱特征。因此，以555~681 nm的反射率二阶导光谱为聚类分析样本对数组进行聚类分析。通过实测数据对聚类法进行了验证，结果证明该方法可以较好地表征浮游植物吸收系数（均方根误差大于0.79）。该研究是应用光学遥感方法提取浮游植物信息及海水光学特征必不可少的基础研究。

针对星间链路中测距与通信统一系统的需求，提出了一种使用四象限探测器作为跟踪探测器，同时兼顾激光载波通信的方案，使光通信端机在单探测器条件下就能完成通信与跟踪的任务。在室内条件下建立了相应的通信与跟踪复用的测试实验，对四象限探测器在通信模式下的通信速率、极限灵敏度、探测器响应能力等探测性能进行测试。利用曼彻斯特编码特点，采用低通滤波电路对调制光信号进行处理，实现对信号光脱靶量的标定与提取。在光斑不能完全覆盖探测器所有象限时，对探测器输出的通信信号进行优化选取，提高信号信噪比。实验结果表明，采用光敏面直径1 mm的PIN型InGaAs四象限探测器，在曼彻斯特编码条件下，通信速率可以达到10 Mbps，探测极限灵敏度为-33 dBm，误码率为10-7。初步确定了四象限探测器用于通信与跟踪复用模式的可行性，为未来星间激光测距光端机轻小型化奠定基础。

光学相控阵光束扫描方法不同于传统的平面镜等机械扫描手段，能够高速地完成无惯性自由寻址。AlGaAs光波导相控阵激光雷达具有扫描速度快、扫描角度大等优点，其大扫描角度和极快的扫描速度给接收系统的设计带来了困难。基于AlGaAs光波导相控阵扫描器件，设计了直接探测与外差探测两种接收系统并分析了其信噪比特性。在直接探测方案中，为减少背景噪声，采用多口径阵列接收光学系统，针对其弱回波信号选用雪崩光电二极管（APD）光电探测器；在外差探测方案中，针对其大扫描角度，采用艾里斑方法增大相干失配角，实现大角度相干探测。最后对两种方案的优缺点进行了比较。

为了解决高功率线偏振激光器实现难度较大的问题，基于锥棱镜和波片组合设计了一套高效末端偏振转换系统，能够实时将自然偏振激光转变成为线偏振激光。能量转换效率达到97.3%，消光比由18.3%提升到了99%，同时保持了较好的远场发散角。实验证明此种偏振转换方案不会影响激光器本身结构，控制方法简单，无需外加反馈及控制系统，性能稳定可靠，完全可以应用于高功率水平激光器的偏振转换工作。

为了补偿条纹变像管阴极和栅极之间的电子渡越时间弥散，提出了电子束时间聚焦和时间准直系统。系统中，时间聚焦器用来压缩补偿电子束团在加速过程中产生的时间宽度展宽，压缩补偿后的电子束团再通过时间准直器，时间准直器用来使输出的电子具有相同的能量，这样电子束团在后面的传输过程中就不会产生新的时间弥散。采用蒙特卡罗方法和有限差分法对系统进行了理论模拟。模拟结果表明，500 fs的电子脉冲经过时间聚焦器作用后，时间宽度变为131 fs，时间压缩比为3.8:1，此后由于时间准直器的作用，电子脉冲宽度保持在131 fs左右，时间准直性为16.8%。