多色激光相干合成的波形可用来调控强场过程.通过在频域上优化两色啁啾激光脉冲形成的“时间门”，实现了高次谐波截止能量的拓展和孤立阿秒脉冲的产生.考虑了宏观传播效应后，高次谐波发射峰中的长轨道电子贡献被抑制，导致它的持续时间缩短，产生了X射线波段内脉冲宽度为200 as左右的孤立阿秒脉冲，为实验中产生超短阿秒脉冲提供了新思路.

晶体管激光器同时具有激光器的光发射功能与晶体管的电流控制功能，表现出多种新颖的光电特性.相对于短波长GaAs基器件，InP基长波长晶体管激光器更适合于光纤通信系统应用因而具有重要研究价值.本文主要介绍发光波长在1.3 μm与1.5 μm的InP基长波长晶体管激光器的研究进展，对不同结构器件的特点及可用于提高器件性能的相关器件设计进行了分析和讨论.根据器件波导结构的不同目前已报道的边发射晶体管激光器主要包括浅脊、掩埋及深脊结构三种类型.浅脊晶体管激光器中有源量子阱材料被置于重掺杂基区材料之中，使得InP基晶体管激光器只能在低温工作.掩埋结构的InP基晶体管激光器采用npnp型InP电流阻挡层掩埋脊条型有源材料，制作工艺过于复杂，不利于降低器件成本.深脊晶体管激光器中量子阱有源区材料位于重掺杂基区材料之上，可同时减小掺杂杂质扩散及基区材料光吸收的不利影响，基于该结构实现了InP基1.5 μm波段晶体管激光器室温连续电流工作.数值计算研究表明，在深脊晶体管激光器量子阱中进行n型掺杂及在其发射极波导中引入由反向pn结构成的电流限制通道均可以减少载流子向缺陷的扩散，进而减小缺陷的不利影响，提高器件性能.

激光高分子聚合物纳米制造技术是当前国际精密制造领域研究的热点技术.基于双光子、多光子非线性效应以及光激发-光抑制机制，激光制造技术打破了光学衍射极限的限制，能够实现纳米精度的三维立体复杂结构的无掩模快速制造，有力地为相关领域的纳米结构制造需求提供了解决方案.本文简单回顾了激光高分子聚合物纳米制造技术的发展历程，详细阐述了激光技术实现纳米精度制造的原理及其相应的技术特点，介绍了其在微纳光学、光信息存储、仿生材料、生物医学诊疗等多个领域的新发展及应用情况，展望了激光高分子聚合物纳米制造技术未来面临的主要挑战.

在虚拟成像相位阵列光谱特性基础上，对激光频率梳同步定标的千万分辨率虚拟成像相位阵列光谱仪器进行了可行性研究，通过数值计算，给出了针对不同应用的两个方向设计思路；并采用一般的常见参数，模拟出了满足同步定标千万分辨率光谱仪的二维光谱图.最后，对该类装置几个代表性应用领域及应用中的主要性能进行了简要讨论.

基于芯层厚度为220 nm的绝缘体上硅材料平台，利用光束传播法与有限时域差分法设计了大偏转角度的64路硅基光学相控阵集成芯片.利用电子束光刻等工艺实现了芯片制备，并进行了性能表征.对关键的分束器以及阵列波导远场干涉的光斑图像进行了仿真，仿真结果显示了高于49.7%的分束效率和大于31°的偏转范围.利用标准的绝缘衬底上的硅工艺制作芯片，并进行整体封装.采用基于粒子群算法优化的自反馈电压调制系统进行相位调制.测试结果表明，在电压调制下，光斑产生了大于±30°的水平偏转；同时在1 550~1 610 nm的波长调制下，垂直范围也有8.4°的偏转.研究结果有望在自动驾驶、无人机导航等领域得到广泛应用.

基于离轴积分腔输出光谱技术，设计并研制了一种红外二氧化碳（CO₂）传感系统.采用中心波长为1 572 nm的分布式反馈激光器，选择6 359.96 cm^-1处CO₂的吸收谱线作为目标谱线.研制的谐振腔长度为60 cm，测得的有效光程为1 200 m.采用波长调制光谱技术与直接吸收光谱技术分别测量CO₂的吸收光谱，前者测得的光谱信号的信噪比为130，优于后者的信噪比80.将波长调制光谱技术与离轴积分腔技术相结合，利用LabVIEW软件提取二次谐波信号的幅值.利用配备的气体样品，开展了传感器标定、稳定性及动态响应性能测试等实验.使用纯氮气（N₂）进行了稳定性测试，艾伦方差表明，当平均时间为96 s时，系统的检测下限为5.1×10^-6；当气体流速为500 sccm时，实验测得的响应时间小于20 s.利用该系统开展了连续16.5 h的大气CO₂浓度在线实时监测和人呼出气体中的CO₂含量检测，均呈现出较好的性能.该系统具有易操作、响应快、灵敏度高等优点，未来可广泛应用于大气环境检测、医疗诊断等方面.

提出并实现了一种基于色散调谐主动锁模光纤激光器技术的多普勒频移测量方法，该方法利用大色散谐振腔主动锁模激光器的输出波长与调制频率呈线性这一特性，通过测量锁模激光器输出波长来标定输入系统的微波频率，进而获得多普勒频移.通过模拟仿真，分析了激光器腔长、色散量以及锁模阶数等参量对系统频率测量特性的影响，在理论指导下，针对不同应用场景设计了分别基于长光纤及线性啁啾布拉格光纤光栅的大色散谐振腔结构，实现了载波中心频率分别为12.2 MHz、265 MHz、682 MHz和1.118 7 GHz情况下的频率偏移测量.所提出的测量方法具有结构简单、设计灵活的优点，在多普勒频移测量方面具有应用价值.

研制了一台基于法布里-珀罗标准具的多普勒测风激光雷达系统，发射激光波长为532 nm，采用300 mm口径望远镜接收回波信号，能够同时探测从边界层到对流层顶的大气风场.为提高法布里-珀罗标准具透过率曲线扫描的准确度，在接收机光路严格装调基础上，通过脉冲光直接对三通道法布里-珀罗标准具频谱进行扫描，通过高速采集卡采集脉冲信号并进行拟合积分得到准确的脉冲信号强度，采用非线性最小二乘法拟合得到FPI-1、FPI-2和FPI-L的谱宽分别为1.20 GHz、1.22 GHz、1.18 GHz，峰值透过率分别为0.817、0.807、0.768，FPI-1和FPI-2及FPI-1和FPI-L的峰峰间隔分别为3.91 GHz和1.25 GHz.在风场观测试验中，通过多次测量同一方向上径向风速得到，91%的测量方差小于4 m/s，在水平风场观测中，该系统白天探测高度为13 km，夜间可达17 km，并与探空气球进行对比，从1.5 km至10 km范围内二者吻合较好.

提出了一种可同时实现高效率和大带宽的频率上转换技术，可将高能钕玻璃基频激光（波长1 054 nm）高效率地转换为紫蓝光波段的宽带2.5倍频激光（波长421.5 nm）.将窄带钕玻璃的倍频激光与中心波长为2 100 nm的宽带中红外激光以能量比4∶1进行非线性和频，并通过非共线构型实现位相匹配和群速度匹配，实验产生了能量为12.4 J、带宽为10.4 nm（相对带宽大于2%）的宽带2.5倍频激光.实验结果能够支撑紫蓝光波段百太瓦强激光的产生，为未来开发短波长的超短超强激光提供借鉴.

介绍了基于超快激光的强场太赫兹波产生技术、探测技术及其在物质调控研究中的应用.强场太赫兹波的产生机制主要包括：晶体非线性效应、激光等离子体相互作用、太赫兹自由电子激光等.太赫兹波的探测技术包括：电光采样探测、空气偏压相干探测和单发探测等.最后介绍了强场太赫兹光源在物质调控研究中的应用，特别指出将强场太赫兹光源与第四代X射线光源相结合，在物性表征和调控方面具有广阔的应用前景.

随着航天航空技术的快速发展，环绕地球轨道空间碎片数量迅速增加，占用了有限的轨道资源，同时威胁在轨运行航天器的安全，其陨落也对人们构成严重恐慌.激光测距具有波长短、发散角小、方向性好、单色性好、抗干扰强等特点，能显著提升空间碎片轨道与姿态测定精度.本文对空间碎片激光测距做出较全面的理论分析，从激光工作模式、回波探测与接收等方面介绍目前研究现状及技术与应用情况，对正在发展的千赫兹重复率脉冲串模式、百千赫兹脉冲群收发交替模式空间碎片激光测距技术特点，以及空间碎片白天激光测量技术进行阐述.提出将超高重复频率激光测距技术应用在空间碎片激光测距上，为进一步提高空间碎片激光测距能力提供一种新方法.

利用光参量放大可以产生大带宽、波长可调、载波包络相位稳定和高平均功率的中红外飞秒光源.首先介绍了中红外波段的光参量放大技术，主要包括宽带光参量放大和色散管理技术.随后回顾了使用不同波长激光泵浦的飞秒中红外光参量放大系统取得的主要进展，最后对中红外飞秒光参量放大系统的发展进行了展望.

翠绿宝石晶体是一种性能优良的宽带可调谐激光增益介质，具有荧光寿命长、饱和能量密度高、吸收带宽较宽以及热机械性能优良等特点.除闪光灯外，翠绿宝石晶体还可以使用蓝光激光二极管、红光激光二极管、绿光激光器、黄光激光器等多种可见光光源进行泵浦.随着激光二极管技术的成熟及其商业化应用，利用红光激光二极管泵浦的翠绿宝石激光器逐渐成为固体激光领域的研究热点.本文首先介绍了翠绿宝石晶体的各种特性，并着重对基于闪光灯以及各类激光二极管泵浦的翠绿宝石激光器在国内外的发展进行综述，包括翠绿宝石连续激光、翠绿宝石调Q激光、翠绿宝石锁模激光、以及基于翠绿宝石的紫外激光.最后，阐述了翠绿宝石激光光源在医疗、雷达、显微等领域中的应用并对其未来发展提出了展望.