半导体抽运亚稳态惰性气体激光器(DPRGLs)作为一种新型光抽运气体激光器，其工作原理与半导体抽运碱金属蒸气激光器(DPAL)相似，有望在继承DPAL 诸多优势的同时克服其化学反应的隐患，具有潜在的高功率定标放大能力。综述了亚稳态惰性气体激光器的基本原理和研究进展，分析了关键技术点和功率定标放大潜力，对其未来发展和应用前景进行了预测。

亚波长金属光栅具有传统光栅所不具有的特殊性质，其透射率与消光比高、光谱宽度宽、偏振性能好，是一种性能优良的光学元件，在亚波长光学元件应用领域中占据重要地位。且其体积小、结构紧凑、易于集成，在光学系统中可减少光路元件、增加系统灵活性，具有改进和取代传统光学器件的潜力。简要介绍了亚波长金属光栅理论分析方面的进展，以及金属光栅结构创新、多维发展、理论模拟向实验制备、适用波段向太赫兹及紫外波段拓展等方面的发展趋势。同时也阐述了亚波长金属光栅在激光器系统、偏振成像、光电探测、薄膜太阳能电池、光学传感等领域广泛的应用前景。

传统荧光显微镜的分辨率受到光学衍射极限的限制。使用结构光照明技术，可以实现突破衍射极限的超分辨成像。相对于其他突破衍射极限的超分辨成像方法，结构光照明显微技术具有装置结构简单、成像速度快等优势，在生命科学研究中发挥了重要作用。首先分析了基于结构光照明的二维超分辨率荧光成像、三维层析荧光成像和非线性结构光照明超分辨荧光显微成像的原理和图像处理算法，并根据不同的结构光产生机理，对基于光栅光调制、基于液晶空间光调制器光调制和基于数字微镜阵列光调制的结构光照明荧光显微镜装置做了阐述和比较，最后概述了结构光照明荧光显微镜在观察生物样品结构特性和动态特性中的应用。

焊接是汽车制造中最主要的工序之一，已经在实际生产中得到广泛应用，汽车用钢和焊接工艺均会对最终的焊接质量产生重要影响。从材料的强化机制和表面镀层性质两方面，阐述了汽车用钢的基本分类及其特点。详细介绍了汽车用钢的点焊、激光焊、电弧焊等常见焊接工艺的特点及应用范围，从钢板镀层特性、化学成分、焊接工艺参数、焊接的接头性能等角度，综述了国内外对汽车用钢不同焊接工艺影响因素的研究进展。结合未来第三代先进高强汽车用钢、铝合金和镁合金的研发与应用，探讨了当前汽车用钢的焊接新技术，对未来焊接技术的发展趋势进行了展望。

光抽运中红外气体激光器可以实现高光束质量、高能中红外激光输出，具有高量子效率、气体介质易于流动散热、可定标放大以及结构紧凑等特点，表现出巨大的发展潜力。概述了光抽运中红外气体激光器基本原理，回顾了其发展历史，分析总结了其发展的重点、难点所在，并预测了未来的发展趋势。

海水是一个复杂的多组分体系，其包含各种有机的、无机的、溶解的和悬浮的物质。海水中溶解物质的主要成分是无机盐，如NaCl、MgCl2、KCl、NaHCO3 和MgSO4 等，这些成分对水下激光传输质量产生很大的影响。为了进一步了解海水的光学特性，分别测量了NaCl、MgCl2、KCl、NaHCO3 和MgSO4 各自的水溶液在不同浓度时相应的透射率。实验通过用紫外-可见-红外分光光度计，分别测量各溶解物质水溶液的透射光谱。再利用波长为450、532、633 nm 激光分别研究了各种盐分水溶液的光透射特性，对实验所得的数据进行一阶指数的曲线拟合，通过作图分析得出在所配备的溶液浓度范围内透射率随浓度减小而增大的结论。相同传输距离、不同浓度水溶液对光的透射特性影响不同，希望所研究的结果能对水下激光目标探测以及激光在海水中通信有一定的参考价值。

针对红外图像对比度低、噪声大等特点，提出了一种基于人类视觉系统的亮度掩蔽和对比度掩蔽特性的非下采样轮廓波变换(NSCT)域红外图像增强算法，在NSCT 域中定义一种带参数的对比度，对高频系数计算其带参数的对比度，用非线性增益函数对其进行增强，低对比度区域进行高增益，高对比度区域进行低增益，从而突出图像细节与提高图像对比度，同时通过估计噪声水平设置阈值，抑制绝对值小于阈值的系数，用以抑制噪声。对表示图像概貌的低频系数采用非完全贝塔函数进行非线性调整，从而提高图像的整体亮度。实验结果表明，该算法能够有效地对图像局部和整体进行增强，同时能够避免产生过增强现象，具有良好的视觉效果。

为了提高绘制铅笔画的真实感，采用卷积阈值算法。绘制铅笔画局部流线，采用线积分卷积函数来产生图像纹理，将像素沿矢量正、反方向对称积分得到流线，将流线上所有像素对应的输入噪声值按卷积核参与卷积，结果作为输出纹理的灰度值。接着选择两个不同的灰度阈值将不同灰度范围内的情况分开处理，并给出了算法流程。实验仿真结果显示，卷积阈值算法生成铅笔画边缘清晰，画面细腻，具有铅笔纹理结构特征，处理时间为2.2 s，满足生成结果中对执行时间少、接近手绘等要求。

点云数据滤波是机载激光雷达(LiDAR)数据处理研究中很重要的问题之一。提出了一种基于区域预测的LiDAR 点云数据形态学滤波算法，该算法由点云数据建立规则格网、去除粗差点，对实验区域进行分块，然后使用各个分块区域的高程标准差预测地形坡度参数s 从而进行渐进式形态学滤波，最终确定地面点。文中算法优点在于可以根据区域地形起伏情况自适应地得到阈值进行滤波。使用国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)提供的测试数据进行实验，实验结果表明，提出的算法能够有效去除地物点和保留地面点，并且能有效降低总误差。

激光雷达回波信号的建模仿真和分析是激光雷达成像、探测与目标识别技术的一项重要研究内容。通过对机载扫描激光雷达激光回波的数学模型进行研究，提出一种基于坐标变化的求解光线行进距离的新方法，其仿真运算量仅决定于仿真中的子光斑数，对于复杂场景的建模仿真有较大优势。基于上述方法，仿真了Z 扫描式机载激光雷达系统作用于带有遮蔽物的复杂三维目标场景所得的激光回波波形，并给出了仿真结果。分析结果可知，激光回波波形不仅携带目标的距离信息，还携带了目标的反射率信息及面型信息。为利用激光雷达进行遮蔽物下的目标识别与探测奠定了基础。

介绍了三子镜稀疏孔径双反系统的结构，推导其广义光瞳函数，并阐述三子镜稀疏孔径双反系统的成像原理。对光学系统中的一个子镜分别引入平移误差和倾斜误差，用Zernike 多项式表示这两种误差，并用Matlab 软件对有误差的系统进行模拟成像。提出相对模糊度函数，并用其对成像的质量进行评价，给出随着子镜平移误差或倾斜误差的增大，所成图像相对模糊度的变化曲线，分析子镜误差对系统成像质量的影响。结果表明：三子镜稀疏孔径双反系统子镜平移误差和倾斜误差对系统成像质量造成的影响规律不同，系统所成图像的相对模糊度随平移误差的增大呈周期性变化，随倾斜误差的增大而单调增大，倾斜误差比平移误差对成像质量的影响更大一些。因此，装调时对倾斜误差的控制要比对平移误差的控制更加严格。

空间相机调焦技术关系着相机的成像质量，为空间相机在轨测试中的一项关键技术。基于图像评价的调焦技术，结构简单，集成度高，在空间相机中已经得到了应用。其关键技术是要建立调焦评价函数。调焦评价函数是指导调焦过程的依据。阐述了造成相机离焦的主要因素，在调研分析国外相机调焦评价函数的基础上，对调焦评价函数的选用原则进行了归纳，并介绍了常用调焦函数的基本形式和优缺点，为相机调焦技术的研究提供借鉴和帮助。

太赫兹同轴数字全息具有较低的光子能量和对非金属与非极性物质较高的穿透能力，越来越受到人们的重视。但由于零级衍射光和共轭像的影响，会导致重建像细节模糊，造成图像质量下降。通过仿真对比分析了相位恢复法在可见光和太赫兹数字全息中的应用，并通过研究重建像的均方差随记录距离和记录间隔的变化情况，验证了在太赫兹波段可以将两次全息图记录缩减成一次的成像方法。讨论了噪声对简化成像的影响，结果表明当全息图和背景都带有噪声时，相位无法恢复到预定值，随着噪声的增大，重建像会越来越模糊，直至完全被噪声掩盖。

准平面波辐射下的背景材料太赫兹后向散射特性的测量方法对测量结果影响很大。为减小连续激光器输出功率波动对测量结果的影响，在每次测量泡沫塑料板时，均先测量墙的后向散射。同时，为了消除墙对测量结果的影响，以最大后向散射为基准，给出不同泡沫塑料板及同种背景材料转动不同方位角的相对后向散射强度。实验结果显示，三种泡沫塑料板相对墙的散射测量误差明显降低，从而提高了后续的相对后向散射强度测量的准确性。

研究了激光制导**对抗半实物仿真系统高重频激光干扰试验中弹干视线角动态模拟过程，分析了弹干视线角模拟精度分析的完整过程。全面分析了影响弹干视线角模拟精度的几何误差、控制误差和光学系统误差源，并采用一种多体系统误差分析建模理论，建立了弹干视线角模拟误差模型。设计了弹干视线角模拟误差实验测试方法，通过误差建模和实验测试相结合可得到弹干视线角模拟误差模型中的误差项。提出了采用残差分析或蒙特卡罗仿真方法进行弹干视线角模拟精度分析，得到视线角模拟误差估计值及变化规律。

运用平面波展开法，研究了光子晶体在溶液浓度检测领域上的应用。选择二维三角晶格光子晶体(Si 和Ge)作为基底，在空气孔内填充待测百分比浓度不同的混合二元溶液材料，得到了二元溶液填充的光子晶体在不同偏振模式下的光子禁带结构。结果表明，以二元溶液作为空气圆孔中的介质材料，当溶液质量百分比浓度不同时光子带隙(PBG)会发生变化。这对溶液质量百分比浓度检测应用方面有一定的指导作用。

金属纳米颗粒具有优异的局域增强效应，通过合理设计阵列结构，使得阵列结构的布洛赫波与单个粒子局域等离子共振(LSPR)耦合，形成阵列结构的表面晶格等离子共振(SLR)，能够获得较小的模式体积、较大的品质因数和较高的自发辐射效率。菱形结构的纳米粒子能够有效的集聚电荷，形成较强的偶极子共振，具有优异的激光发射特性、较低的激光阈值和较高的空间一致性。

性能稳定可靠的宽调谐光参变振荡器(OPO)是一种非常理想的相干光源，具有最佳的相干性和调谐范围，对于光谱分析、激光干涉计量、遥感、差分吸收雷达等具有重要意义。谐振腔结构、聚焦参数、抽运阈值比、热效应、群速度色散以及其他非线性效应都会影响光参变振荡器的稳定性。详细分析了影响光参变变换稳定性的各种因素，并指出实现单频运转是减弱输出波长噪声最有效的办法。

激光近净成形的激光功率、扫描速度和分层高度是成形的关键参数。掌握关键参数与影响成形质量和变形的残余应力的关系是降低残余应力与选择合适成形参数的有效途径。利用生死单元技术对钛合金激光近净成形过程进行热力耦合数值求解，得到8 组不同关键参数情况下有限元模型的残余应力分布云图，并对顶层三个位置的残余应力进行采样。对不同参数与残余应力做多元回归分析，得到多元回归方程。通过有限元分析和实验验证多元回归方程的正确性，证明多元回归方法是减少不同参数下成形件残余应力的预测与实验时间、对既定参数残余应力评估的有效方法。

根据CO2 激光束加热材料的实际情况，建立了连续激光辐照材料的数学模型，并进行实验验证。结合实际的边界条件，采用微积分的数学处理方法推导出切割深度与激光参数的解析表达式，讨论了激光参数等因素对切割深度的影响。并且设计实验以验证理论模型，用Matlab 软件绘制各参数的关系图。结果表明：材料的切割深度受激光两个参数影响最大，激光功率与激光束移动速度。理论分析和试验结果表明切割深度随着切割速度的减小而增加，随着激光功率的增加而增大，并根据实验数据小幅修改了理论模型，该模型可对激光切割包装材料时在参数选择方面做指导。

激光破岩过程中激光与岩石相互作用的过程涉及到复杂的三维非稳定传热学问题，利用能量守恒原理，得到了激光破岩的传热方程；基于热应力理论和广义胡克定律，得到激光破岩的应力分布求解公式。通过建立激光破岩的三维有限元模型，对光斑直径为0.2 mm 的5 种不同功率的高斯激光源与砂岩的相互作用过程进行了直接耦合数值仿真分析。研究发现，在设定条件下，对于强度较大的岩石，激光破岩过程中起主要作用的是激光的气化作用；而对于强度较小的岩石，起主要作用的是热应力引起的破碎。

镀锌拼焊板的应用，不仅可以提升汽车的防腐性能，而且可以在保持同等强度的条件下，减轻车体重量。激光焊接与其他焊接工艺相比，有焊缝窄、强度高、热影响区小等优点。但是，拼焊间隙会造成焊缝表面凹陷，焊缝强度不够。通过光纤激光拼焊，在获得较好的侧吹保护气体参数后，以正交实验的方式研究激光功率与焊接速度对焊缝成形的影响。通过宏观金相实验、拉伸实验与杯突实验等检测手段，对焊缝的形貌、力学性能与冲压成形性能进行检测。确定激光功率为3 kW，焊接速度为4 m/min 是最佳工艺参数。在最佳工艺参数基础上，研究拼焊间隙大小对焊缝成形的影响。结果表明，当间隙不超过0.15 mm(约为板厚的11.1%)时，可以获得良好的焊缝。

空间啁啾效应是超短脉冲中的一种常见的时空耦合效应。对一阶空间啁啾高斯脉冲光束的聚焦特性进行了较为系统的研究，推导出了经透镜聚焦后光束的解析表达式。在不考虑透镜色差的理想情况下，解析推导出了聚焦后的脉宽、束宽以及振幅耦合系数的解析表达式。数值模拟了聚焦前后的光强分布，分析了考虑透镜色差时光束的脉宽、束宽以及振幅耦合系数随透镜后传输距离的变化，并与理想情况下的结果进行了对比。研究结果表明，不考虑透镜色差时，一阶空间啁啾高斯脉冲光束经过透镜聚焦后仍然是一阶空间啁啾高斯脉冲光束；透镜色差对一阶空间啁啾高斯脉冲光束聚焦后的束宽和振幅耦合程度没有影响，但会导致聚焦后光束的脉宽加宽。

用激光相变硬化技术制备45 钢冲击试样(V 型槽口),并对试样进行冲击试验，研究了激光功率对45 钢激光表面硬化冲击试样冲击韧性值的影响。通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了试样表面显微组织和断口的形貌特征。对常规热处理试样和激光表面硬化试样断口进行对比分析。结果表明，常规热处理试样断裂后断裂表面均表现出韧性断裂后的韧窝特征，激光硬化层起裂区呈现脆性断裂特征。经激光硬化后钢件的断裂机制发生改变，导致激光硬化试样冲击韧性值的下降。45 钢激光表面硬化冲击试样冲击韧性值随着激光功率增加而逐渐减少。

太阳模拟器是非成像光学领域的重要应用。由于光学系统的特殊性，导致其光路很长，当采用双分离准直物镜时，准直系统的长度占了很大一部分。因此为实现太阳模拟器的小型化，提出将具有短后截距的摄远物镜替代通常采用的双分离准直物镜，从而缩短准直系统的长度，使光学系统的结构更加紧凑。同时设计了一种三片式的摄远物镜，并通过LightTools 软件仿真分析的方法研究了这种三片式的摄远准直物镜对太阳模拟器技术指标的影响。仿真结果表明：应用这种摄远物镜可以在太阳模拟器技术指标变化不大的情况下，实现太阳模拟光学系统缩短，有利于太阳模拟器的小型化。

基于激光测距和红外目标探测需求，设计了激光/红外共光路无热化光学系统。根据用户要求，系统参数设计如下：焦距为150 mm，F 数为2，工作波段为1.57 μm 和3~5 μm 。1.57 μm 激光波长选用RS-RTM-31243-001-C1型InGaAs 光电探测器；3~5 μm 红外波段选用ULIS 公司的2/3 inch(1 inch=2.54 cm)红外探测器，对应全视场为4.2°。像质评价结果表明，在温度-50 ℃~70 ℃范围内，1.57 μm 激光波长各视场点列图均方根半径最大为8.166 μm ，远小于探测器有效接收半径75 μm ，能量集中度高；在截止频率15 lp/mm 处，3~5 μm 红外波段各视场调制传递函数(MTF)均在0.78 以上，接近衍射受限曲线，像质优良，结构简单，满足用户提出的总体设计要求。

利用有限元方法对运动学支撑夹紧力引起的镜片光学表面变形进行静力学分析，并应用Zernike 多项式对镜片表面的变形进行了拟合。结果表明，夹紧力作用下镜片表面产生的几种主要像差为Defocus、Pri Trefoil 和PriHexafoil。光学检测过程中，运动学支撑结构的重复装配误差可能会影响检测精度，因此分析了运动学支撑夹紧重复性对镜面面形的影响。以夹紧力大小、夹紧力径向位置、夹紧力周向位置变化引起的镜面表面峰谷(PV)值和均方根(RMS)值的变化作为评价夹紧重复性的依据。分析结果表明，镜片表面的PV 值和RMS 值变化不明显，说明所设计的运动学支撑结构在多次重复性的检测中允许装配过程存在一定的误差。

在光子晶体环形腔(PCRR)中把原来移除一圈介质柱改为介质柱半径减小，构成环形线缺陷，提出了一种新型的环形腔结构。运用时域有限差分法，分析了光波在环形腔中的传输特性，并进一步讨论了环形线缺陷介质柱半径变化对滤波特性的影响。结果表明，当环形线缺陷介质柱半径选取在0.43R~0.51R 时，可实现单模窄带滤波，中心波长都处于第三通信窗口1550 nm 附近,归一化透射率均在85%以上，脉宽都在17 nm 以下，为波分复用系统中复用/解复用器的设计提供了有价值的参考。

随着发光二极管(LED)功率的提高，散热的挑战性也越来越高，而热量的集聚会引起LED 结温的上升。过高的结温不但会影响LED 的光功率和光通量等性能参数，还会使器件寿命急剧衰减。因此掌握LED 器件的温升规律成为提高器件可靠性的关键。实验中选取了不同封装结构的LED 器件，对不同驱动电流、不同基板温度和不同封装材料的LED 器件分别进行了热阻、光功率等性能测试。实验发现，随着电流的增加或者基板温度的升高，LED 器件的热阻呈现先下降后上升的趋势，不同封装基板的器件变化幅度有所不同；升高基板温度时，铝基板封装的LED 器件由于结温高光功率衰减快热阻呈现下降趋势。结果表明互连材料层、基板的导热能力是影响LED 器件热阻差异的关键。

通过对玻璃、陶瓷等不同基板板上芯片(COB)封装的发光二极管(LED)的光、电、热参数进行测试与比较，发现玻璃基板COB 封装的光通量与陶瓷基板相近。设计了背部刷银层和铝卡口接触的散热方式，改善了玻璃基板COB的导热性能。当银层厚度75 μm 时，点亮稳定后，LED 胶面温度为91.5 ℃，达到了较好的散热和发光效果。

利用光的叠加原理推导出一维有限周期光子晶体的透射率公式，建立了一种研究一维有限周期光子晶体能带的新方法——波叠加理论。将波叠加理论和特征矩阵法进行了比较研究，结果表明波叠加理论和特征矩阵法得出的结果是一致的。一维有限周期光子晶体能带的波叠加理论不仅具有特征矩阵法的优点，而且又克服了特征矩阵法的不足。因此波叠加理论是一种研究一维有限周期光子晶体能带的更为有效的方法。

基于惠更斯-菲涅耳原理, 研究了像散对轴棱锥产生径向偏振无衍射光束的影响。研究结果表明, 当轴棱锥像散值达到0.1 λ 时, 轴棱锥聚焦径向偏振光束得到的径向偏振无衍射光束, 其径向偏振特性将失去。而随着像散值的增大, 径向偏振无衍射光束的无衍射区域逐渐缩短, 当像散值达到0.2 λ 时, 无衍射特性将消失。径向偏振特性与无衍射特性的消失并不同步, 这一结果表明利用轴棱锥产生径向偏振无衍射光束时, 光束的偏振特性受像散的影响比无衍射特性大。实验中采用轴棱锥中心轴偏离光轴的方法, 验证了像散对产生径向偏振无衍射光束的影响, 实验结果与理论分析基本吻合。研究结果将使径向偏振无衍射光束的实现更加灵活准确。

主要研究了在自由空间中涡旋光束的传输特性。以拉盖尔-高斯光束为例，利用惠更斯-菲涅耳公式和ABCD 光学矩阵推出了涡旋光束在自由空间中的传输表达式，并由此分析了几种不同旋转对称光学系统中涡旋光束的特性。研究发现旋转对称的光学系统只会影响光束的衍射特性或曲率半径等，并不会影响涡旋光束的轨道角动量特性。

降低或减少水体中悬浮颗粒物的光散射影响是直接光谱法检测水质化学需氧量(COD)的关键技术问题。为此，依据米氏散射理论，采用改进型连分式结合后向递推算法，研究了紫外-可见光照射下水体中藻类和泥沙类悬浮颗粒物的光散射特性。通过构造球形粒子的光散射模型，在入射光波波长为200~1000 nm、悬浮颗粒物尺寸为1~200 μm 的条件下，分析和计算了散射光强度和角度的变化规律。仿真结果表明：当改变粒子尺寸，调节入射光波长时，两种悬浮颗粒物的散射光强与散射角度呈现显著变化，这为进一步提高基于紫外-可见吸收光谱法的水质检测精度和降低散射影响提供了依据。

为了改善类金刚石(DLC)薄膜的应力和热稳定性，采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术，通过在原有设备上加入与流量控制器相连的双起泡器，并以氩气为运载气体，正丁烷为反应物，在硅基底上实现了以液态物质四甲基硅烷(TMS)为前驱物的Si 掺杂类金刚石薄膜的沉积。硬度、应力、表面粗糙度及热稳定性的测试表明，随着运载气体流量的增加，薄膜的应力分布、表面粗糙度和热稳定性都有很大程度的改善，但也导致薄膜的硬度下降，当运载气体的流量为30 mL/min(标准状态)时，Si 掺杂DLC 薄膜的石墨化温度可以达到600 ℃以上，薄膜的应力降低为0.65 GPa ，表面粗糙度降低到0.566 nm，但硬度下降为12.6 GPa。

脉冲激光沉积（PLD）镀膜法是一种制备光纤氢气传感器的潜在方法，利用脉冲准分子激光低温沉积技术，在光纤法布里-珀罗（F-P）腔的敏感膜片上制备了钯/银（Pd/Ag）合金薄膜，X 射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）表征显示在较高的脉冲激光能量和低温下可以获得结晶度好的Pd/Ag 合金薄膜。将该F-P 腔封装在限制Pd/Ag 膜层吸氢后膨胀方向的套管结构中，利用Pd/Ag 膜层吸氢后膨胀导致F-P 腔腔长改变的特性制备了氢气传感探头来测试该Pd/Ag 膜的氢气敏感特性，实验结果表明，该传感器可以用来检测氢气浓度的变化。

多光谱遥感器彩色图像合成是直接提取多光谱图像中R、G、B 波段合成，由于多光谱成像探测器光谱响应特性与国际照明委员会(CIE)颜色匹配函数严重不匹配，合成的彩色图像出现严重的颜色失真，需进行颜色校正。针对目前传统的白平衡法和色度学合成法的不足，提出了基于发光二级管(LED)光谱可调积分球光源的多光谱相机多点改进型色度合成校正方法。该方法既考虑了地物的光谱特性而且实现简单。实验表明，采用白平衡法校正，目标色品误差最大为0.15，而采用该方法能够将目标色品误差限制在0.05 以内。