拉曼光谱仪广泛应用于化学研究、高分子材料、生物医学、药品检测、宝石鉴定等领域，如何进一步小型化、现场化是其未来发展的重要方向。便携式拉曼光谱仪具有体积小、检测方便等特点，为药品检测、环境检测、安检等实时检测领域提供了一种无损快速检测方法。对便携式拉曼光谱仪的组成原理做了简要介绍，并对国内外产业化便携式拉曼光谱仪的现状及技术的进展进行了综述。

非晶态合金是一种极有发展潜力的新型金属材料。激光熔覆非晶复合涂层不仅能有效提高材料表面性能，还是将非晶态合金推向应用的有效方法。综述了激光熔覆非晶复合涂层的研究现状，包括激光熔覆非晶涂层的材料体系、组织结构和性能特点等，并指出了激光熔覆非晶涂层目前存在的主要问题与发展方向。

2 μm 波段激光在医疗、环境监测、激光雷达、遥感探测、测距领域具有十分广阔的应用，近年来成为中红外光源研究的热点。Tm，Ho:YAlO3晶体具有较好的机械和热性能，能实现多种2 μm 波段激光连续及脉冲输出。对国内外2 μm 波段Tm，Ho:YAlO3激光器的研究进展进行了归纳与总结，包括Tm/Ho 单掺YAlO3激光连续及脉冲振荡技术手段，Tm，Ho:YAlO3激光连续及脉冲振荡技术手段，高功率Tm，Ho:YAlO3激光器研究的最新进展等。技术手段涉及主动调Q、被动调Q、Tm 激光抽运Ho 激光等，并对Tm，Ho:YAlO3激光器的进一步发展及应用给予了展望。

针对国内长距离相干光通信接收系统采用单管探测器接收微弱信号噪声大、信噪比低等缺点，设计了一种应用于相干光通信系统的平衡探测器，运用两个PIN 管分别加跨阻放大器(TIA)，经过两个180°混频魔T 进行耦合相减，消除了大部分的激光器相对强度噪声(RIN)。搭建了测试平衡探测器的相干光通信系统，使本振光和信号光进行光混频，输出眼图显示通信状态良好。通过对比双管和单管的频谱图，进一步说明相干光通信系统的噪声通过这种平衡探测器得到了降低，系统的信噪比提高了大约10 dB，从而证明了该平衡探测器运用于相干光通信系统的可行性和优越性。

半导体光放大器(SOA)是光信号处理的关键器件，其非线性过程是实现全光信号处理的基础，群速度色散(GVD)直接影响非线性效应的强弱。基于Kramers-Kronig 关系，得到了SOA 群速度色散与增益之间的关系，提出一种通过测量SOA 的增益谱，得到群速度色散的简单易行的实验方法，在小信号输入条件下验证了该方法的可靠性。利用该方法，在1530~1610 nm 波长范围内，测量得到SOA 群速度色散比较平坦，而且随输入光功率和注入电流变化不大，增益峰值波长与零色散波长随注入电流增大而蓝移，随输入光功率增大而红移，且零色散波长大于增益峰值波长。

为提高自研“猫眼”探测系统的自动对焦性能，对主动激光图像散斑噪声、自动对焦窗口和视场变化三个对焦性能影响因素进行分析，分别提出了自动对焦改进算法及策略。实验证明，改进后，探测系统自动对焦性能明显提升，为探测系统后续预警提供了清晰准确的威胁目标激光图像。

采用频域多帧循环迭代解卷积算法(CIBD)，针对提高复原图像的准确性和快速性两个方面进行研究。以退化序列中任意帧作为起始帧，逐次增加迭代帧，确保更多的观测帧参与循环迭代解卷积以增加复原的准确性；通过图像间的相关矩阵估计初始点扩展函数(PSF)，采用尺度梯度投影法，自适应迭代步长，增加迭代终止条件等措施提高算法的收敛速度。实验结果表明，采用提议的算法能够有效地重建不同大气湍流条件下的远距离观测图像，性能优于传统多帧盲反卷积(MBD)迭代算法。

为了在电路损伤早期探测和定位电晕放电，依据其放电在紫外波段的成像特性，采用基于现场可编程门阵列(FPGA)为核心的处理平台,设计了可对紫外光和可见光两路信号进行采集、配准和融合处理的实时检测系统。通过优化设计硬件结构、快速图像配准算法及基于MicroBlaze 软核的控制模块，提出了一种基于FPGA 的快速图像配准的实现方法，实现了对不同焦距下可见光图像数据与紫外图像数据的实时融合处理。结果表明，该方法能够有效提高图像融合处理的速度和系统运行效率,满足对紫外信号进行检测和定位的要求。该方法已经运用于南方电网的线路巡检中。

从嫦娥三号全景相机的特点(双目相机)出发，提出了一种针对图像像对质量进行评价的方法，即结构相似度(SSIM)的评价方法。在分析了嫦娥三号全景相机成像原理以及以往采用的评价因子的基础上，运用此方法对全景相机所获得的图像像对进行了质量评价。该评价因子能够很好地适用于嫦娥三号全景相机所获得图像像对的质量评价，并且优于常用的一般评价因子。实验表明此评价方法在像对质量评价上具有一定的优势。为后续全景相机图像进行立体图像匹配提供参考。

针对非加力状态下的无人机(UAV)，建立了其蒙皮、尾喷口及尾焰辐射的理论计算模型，利用有限元分析方法求解了不同方位角、不同观测仰角的红外辐射计算公式。利用Fluent 流场计算软件分析了尾焰的温度场、压力场及其中CO2 及H2O 组分的浓度场，并在尾焰红外辐射计算中利用分析数据的方法，这种计算较精确。采用工程中实际使用的中波红外和长波红外探测器的探测波段，利用LOWTRAN 分析了其在不同观测仰角下的波段透射率。对于某一特定型号的无人机，实验结果证明，相对于8～10 μm 长波蒙皮辐射而言，中波3.7～4.8 μm 的蒙皮辐射可以忽略不计。中波的尾喷口及尾焰辐射随观测角度的变化规律与长波类似，在相同观测角度下，中波的尾喷口及尾焰辐射都分别大于长波，其中尾喷口辐射在方位角大于90°的前提下，要大于相同角度下的尾焰辐射。在大气衰减影响下，蒙皮辐射和尾焰红外辐射的最大值均出现在观测仰角45°、方位角90°附近。

为研究飞秒激光烧蚀0Cr18Ni9 不锈钢的特性，采用掺Nd:KGW 的飞秒激光进行了0Cr18Ni9 不锈钢烧蚀实验。分析了飞秒激光烧蚀0Cr18Ni9 不锈钢的表面形貌与烧蚀区域发生的相关效应。实验与分析表明0Cr18Ni9 不锈钢烧蚀阈值为0.45 J/cm2；随辐照脉冲数增加，烧蚀区域呈现光栅结构、微凸结构、乳突结构和凹陷结构、烧蚀孔形成的表面结构变化规律，并伴有热影响，且不锈钢烧蚀区表面发生氧化现象；烧蚀区形成的微观结构影响激光能量的进一步传输和沉积，烧蚀区出现局部深熔。

采用光纤耦合半导体激光器(LDF4000-40)组成的焊接系统，研究了其在汽车制造领域对不等厚(厚度t=0.7/1.4 mm)镀锌钢板的焊接性能。试验结果表明，与CO2激光焊接相比，光纤耦合半导体激光焊接过程更加稳定，焊缝成型美观且更易控制，焊接速度得到大幅提高；镀锌钢板焊接接头的拉伸强度和延伸率满足汽车行业的标准要求，且断裂位置在母材上；镀锌钢板焊缝金属由铁素体和部分珠光体组成，焊缝金属硬度相比于母材提高50%；在同等激光输出功率条件下，光纤耦合半导体激光与CO2激光比较，其焊接速度提高1.2 倍以上。

详细介绍了高压电平及台阶宽度可调的三台阶快脉冲产生的技术方案，实现了快脉冲的台阶电平200~700 V范围内可调，台阶宽度100 μs 范围内可调。实验结果表明该技术方案能输出满意的脉冲波形。以此台阶脉冲信号为单纵模激光器提供驱动，调节三台阶快脉冲的幅度和持续时间，单纵模激光器可以获得平滑稳定、低抖动的输出波形。该技术可应用于高功率固体激光驱动器以及其他需要多台阶高压可调快脉冲发生器的设计中。

建立了光参量啁啾脉冲传输放大(OPCPA)的物理模型，采用分步傅里叶算法编写了三维OPA+CPA 数值模拟程序，利用该程序可以研究OPCPA 系统中的能量放大、增益窄化、自相位调制、空间自聚焦以及脉冲的时间信噪比等问题，对OPCPA 系统进行优化设计。利用该程序对神光II 第九路拍瓦升级系统(SG-II-U-PW)进行了数值模拟研究，计算结果表明，第九路光路无需作太大改动即可满足拍瓦升级指标，并提出了第九路主放大链的两种运行方案。三维OPA+CPA 模拟程序经过简单修改后也可以对飞秒(fs)OPCPA 系统、以及未来峰值功率为exawatt 级(1018 W)的激光系统进行优化设计。

激光直接制造是一种全新的制造技术。采用Fe-Cr-B-Si-C 铁基合金粉末利用激光直接制造技术制备了单道激光熔覆层和薄壁圆筒零件。运用金相显微镜（OM）、X 射线能谱仪（EDX）、X 射线衍射（XRD）和纳米压痕技术研究了单道激光熔覆层和薄壁圆筒零件的显微组织、物相结构和纳米力学性能。研究结果表明，激光直接制造金属零件组织致密、未出现裂纹和气孔等缺陷；层间组织发生了粗化，导致层间力学性能弱化，但整体性能较高，能够满足实际零件的使用性能要求；激光扫描方向的改变有利于熔池的搅拌作用，枝晶组织发生了碎化，有利于组织的均匀化。

太阳能路灯工程设计的关键是太阳能电池组件、蓄电池、照明光源的配置组合达到最优。照明光源功率确定后较易匹配蓄电池容量。由于光照受气候环境、地理位置的影响较大，因此选择合适功率的太阳能电池组件非常关键。依据理论计算或气象资料设计方法确定的太阳能电池组件容量偏差较大。在常规设计方法基础之上，将计算出的145 W 太阳能电池组件容量调整为80 W，通过连续实时跟踪监测，结果表明：该设计降低了系统成本，节省了使用空间。

采用激光熔覆工艺将不锈钢粉末熔覆在碳钢板上，制备不锈钢-碳钢层合板。通过金属材料性能检测试验，对不锈钢-碳钢层合板的金相组织、元素扩散、显微硬度及拉伸断口形貌等性能进行分析。结果表明，激光熔覆制备层合板获得了致密均匀的覆层；结合面两侧Fe、Cr、Ni 等元素呈梯度扩散，扩散区域约为12 μm ，表明激光熔覆复合材料为扩散型冶金结合；覆层到基体硬度逐渐减小，这使覆层与基体之间应力平稳过渡，提升了其整体力学性能；其屈服强度为405 MPa，超过轧制层合板的326 MPa。基体和扩散区断口形貌为韧性断裂，而覆层表现为脆性断裂，进一步表明激光熔覆层合板结合面结合性能良好。

利用基于密度泛函理论的第一性原理，研究了硫(S)掺杂纤锌矿氧化锌(ZnO)的能带结构、态密度和光学性质。结果表明：掺杂后晶格畸变，晶格常数随着掺杂量的增加而增大；S 原子掺杂减小了能带间隙，提高了电子跃迁的概率；进一步的光学性质计算发现，S 掺杂后吸收谱出现红移，且吸收谱峰值随掺杂量的增加而增大，提高了可见光和紫外光区域的光吸收。

采用高温固相反应法制备了Dy3+掺杂铋层结构铁电氧化物CaBi2Ta2O9（CBTO）荧光粉。分别对样品进行了X射线衍射（XRD）分析、扫描电镜（SEM）测试和荧光光谱(PL)的测定。研究表明：荧光粉CBTO:Dy3+的最强激发峰为450 nm，与商用蓝光LED 的发射光波长相匹配，发射带峰值位于574 nm，对应于Dy3+的电偶极跃迁4F9/2→6H13/2。分析了Dy3+摩尔分数对样品发光强度的影响，其最佳摩尔分数为7%，根据Dexter 理论分析其浓度猝灭机理为电偶极-电偶极相互作用。分别研究了电荷补偿剂Li+、Na+和K+对CBTO:Dy3+发射光谱的影响，结果显示不同的电荷补偿剂均能不同程度地提高样品的发光强度。

利用傅里叶变换法在自散焦LiNbO3：Fe 晶体中写入光子晶格的过程中发现，阵列光束与写入晶格相互作用产生的空间二次谐波对写入晶格的结构具有一定的影响。表现为光子晶格中空间频率的倍频现象，干涉条纹的分裂现象和布拉格带隙的展宽现象。通过对一维光子晶格中空间二次谐波的数值模拟和理论计算，证明了空间二次谐波的产生是晶格结构发生改变的主要原因。实验表明，通过控制空间二次谐波的产生情况可以有效地改变写入光子晶格的内部结构。

硅基液晶(LCOS)空间光调制器件的特点是反射光成像，要求照明光束发散角小，均匀性好。对此，设计了由抛物型反光碗、复眼透镜、偏振分光棱镜、聚光镜等组成的用于LCOS 的照明系统，对抛物反光碗以及复眼透镜各参数的设计原理做了详细分析，具体包括光源出射角度，光源的总体长度，所需均匀照亮的尺寸，抛物反光碗各参数对出射角度的影响，其实现原理主要包括复眼透镜匀光理论。设计要求光源出射角度小于10°，总体长度为220 mm，均匀照明面积为20 mm×20 mm，最后给出聚光透镜组的设计结果，使光线聚焦到LCOS 表面，照度值要达到0.35 lx/m2，其不均匀度在15%以内。进一步使用Lighttools 软件，对其进行仿真，由照度曲线图和照度栅格图可知，设计结果满足设计要求。

多焦点多光子显微（MMM）和单点扫描多光子显微相比，可显著提高光能利用率和成像速度，在生命科学研究领域具有广泛的应用前景。但现有MMM 技术成像质量和成像速度之间存在矛盾，增加单位面积内的焦点数目可提高成像速度，但过小的焦点间距离会产生子光束串扰，从而影响纵向空间分辨率。利用Zemax 软件模拟产生了高密度激发点阵，将传统的不小于6 mm 的相邻焦点间距缩小到约3 mm；分析了高密度点阵激发成像产生噪声的原因；根据时间复用技术的原理设计正方形时间延板，对相邻子光束脉冲进行不同时间的延迟，从而可以消除MMM 系统中高密度激发点阵子光束间的串扰。

针对F 数为4 的高次非球面，设计了一套基于平行光束照射的高精度补偿器。系统工作波长为632.8 nm，设计残差为0.0018 λ 。提出了求解两片检测透镜组成补偿器初始结构的新方法。该方法合理假设补偿器部分结构参数，通过判断补偿器与非球面的Seidel 系数之和最小获得未知参数。比较非球面在补偿器第一面位置处的高斯像高与假设的入射平行光高度，通过MATLAB 迭代计算得到高度差小于预设误差，进而确定平行光入射高度。重新复算得到最终的初始结构。最后将迭代计算得到的各个面Seidel 系数和ZEMAX 给出的结果进行比较，证实了该方法的可靠性。

利用数值模拟的方法对双电子束互作用进行了研究。结果显示：当一束由许多微脉冲组成的电子束（I）紧贴另一束由许多微脉冲组成的电子束（II）运动时，电子束（II）产生的移动的空间周期性电场能够迫使电子束（I）中的电子做曲线运动，使电子束（I）中的电子做曲线运动的加速度将会使电子产生电磁辐射。同理，使电子束（II）中的电子做曲线运动的加速度将会使电子产生电磁辐射。把这种由于双电子束互作用产生的辐射称为双电子束互作用辐射。利用准光学谐振腔，可以得到高峰值功率的相干双电子束互作用辐射。

地面激光扫描仪回波强度信号不仅与地物的激光反射特性有关，还与其他因素相关，这降低了基于强度数据的地物分类结果的可靠性和精度。基于徕卡ScanStation2 型地面激光扫描仪，实验研究了仪器、距离、入射角、地物反射面特性、外界环境等因素对强度数据的影响。结果表明：强度值随距离的增大呈现先增大后减小趋势，且在距离为15 m 左右达到最大值；强度值标准差随距离的增大首先表现为振荡下降趋势，当距离大于55 m 后趋于稳定；入射角对强度数据的影响与地物本身特性（如地物的激光反射率、均质性）有关；接近激光波长的颜色和激光本身的颜色强度值大，但其强度值标准差也大；同一地物干燥时的强度值比湿润时高；外界环境对强度值影响有限。

针对现有低浓度溶液定量检测技术复杂、分辨率低等问题，将自行研制的角度扫描型便携式表面等离子体共振生物传感器应用于低浓度溶液定量检测。通过实验证明了该装置和方法在低浓度溶液定量检测中的可行性。对葡萄糖溶液和甘氨酸溶液做了定量检测实验，实验结果显示，直接检测葡萄糖溶液可分辨到0.1 mg/ml。基于表面等离子体共振的低浓度溶液定量检测方法操作简便，仪器便携，可实现快速、实时高分辨率检测。

设计了一种测量气体自发瑞利-布里渊散射频谱的系统。激光器输出波长为532 nm 的连续窄带光，激光束聚焦到压力可控的密闭气体散射池中，与气体分子相互作用，产生散射信号，在散射池侧向90°方向测量气体的自发瑞利-布里渊散射频谱。使用该系统测得了氮气在温度为300 K，压强为300 kPa 下的自发瑞利-布里渊散射频谱，并将实验结果与Tenti S6 模型仿真结果进行了对比，分析了偏差产生的主要原因，为未来空间激光雷达大气参数的测量提供了参考。

论述了一种高精度、快速的能量色散X 射线荧光（EDXRF）光谱自动分析方法，包括平滑、背底扣除和寻峰等计算过程。该方法不仅可用于单幅谱图的分析，也可用于大批量数据的批处理分析。对实验室测得的微区X 射线荧光光谱数据的测试结果表明，该方法同常用的高斯拟合方法相比，结果基本一致，但算法更加简单，能够有效地识别出弱峰。在当前主流配置计算机上利用该方法进行多文件连续分析时，单个文件的平均用时小于1 s，能够有效缩短数据分析时间、提高工作效率。

目前市场上的和田玉产自新疆、青海、俄罗斯和韩国等地，分别称为新疆料、青海料、俄料和韩料。韩料是和田玉市场上较新出现的一个品种，目前对其研究还不够系统。通过拉曼光谱、红外光谱(FTIR)、X 射线衍射（XRD）、X荧光光谱（XRF）、扫描电子显微镜(SEM)及偏光显微镜分析等测试系统地研究了韩料和青海料的矿物组成、化学成分和显微结构等方面的特征。测试分析表明两者的主要矿物组成和化学成分极为相似，且主要成分为透闪石，特征拉曼位移为667 cm-1 和1051 cm-1。XRF 显示Fe 含量的高低与颜色的深浅呈正相关。青海料的结晶度明显好于韩料，结构也更细腻、致密，定向性也更好，结构上的差异为和田玉的评价提供了一定的理论依据。

研究钠钙玻璃在不同温度下折射率和消光系数随频率的变化规律。利用时域光谱(TDS)系统测定了钠钙玻璃温度在87~520 K 范围内、频率在0.1~1.5 THz 范围内的色散曲线。通过使用Cauchy 公式拟合不同频率对应的折射率和消光系数，经验证与实验值符合较好。通过添加温度修正项，可以很好地拟合较大范围内的色散曲线。得到一种求解不同温度不同频率下钠钙玻璃折射率和消光系数的方法。

以表面增强试剂OTR202 和OTR103 作为表面增强拉曼光谱（SERS）的活性基底，探索建立甲萘威水溶液的SERS 检测方法。首先对比分析了甲萘威水溶液的普通拉曼光谱与SERS。然后分析了表面增强试剂与待测样本的加入量对甲萘威水溶液的SERS 的影响。最后分析了质量浓度在0.1~15.0 mg/L 范围内的甲萘威水溶液的SERS，并以1374 cm-1 处的特征峰强度与甲萘威水溶液浓度进行线性回归，得到线性方程为y=414.5x+481.59，决定系数R2=0.9864。试验结果表明该研究方法对甲萘威水溶液的检测限可达到0.1 mg/L，说明以表面增强试剂OTR202 和OTR103 为SERS 活性基底的SERS 检测方法可用于水中甲萘威残留检测。

正在建设中的上海光源梦之线(Dreamline)是一条宽能段、超高能量分辨率的软X 射线光束线。如此高指标的光束线在建设过程中有许多难点需要克服，其中光学元件的热变形是达到数万分辨能力的主要障碍。梦之线采用的5 m 长的波荡器会产生很高的热辐射从而使各光学元件，特别是第一块平面镜(M1)和第二块平面镜(M2)发生热形变进而影响整个光束线的性能。因此本文计算了Dreamline 各光学元件的热功率密度分布，在此基础上对各光学元件进行了稳态热分析，得到M1、M2 达到热平衡时的温度，热变形和面形误差分布，进而利用热变形结果对光束线进行了追迹，并且设计了一套热修正装置指导单色仪自身的聚集调节从而消除镜面热变形对光束线性能的影响。结果表明，即使在镜面热变形最高的情况下，通过对各光学元件进行有效的冷却并通过单色仪自身的聚集调节能消除镜面热形变对光束线性能的影响。