光纤激光器的输出功率达到一定阈值后, 激光器中会出现模式不稳定效应, 该效应会对激光器的输出功率和光束质量造成严重影响, 限制了大功率激光器的进一步应用。研究大功率光纤激光器中的模式不稳定机理及抑制方法, 这对光纤激光器输出功率的进一步提高具有重要意义。系统介绍了模式不稳定机理, 并总结了一些模式不稳定的抑制方法。

光纤光栅是光纤传感和光纤通信领域的重要器件之一, 光纤光栅的级联因其特性新颖一直是研究的热点。着重介绍了光纤布拉格光栅-长周期光纤光栅(FBG-LPG)级联结构在包层模式再耦合、边缘滤波和独立级联3方面的研究进展, 讨论了各自的技术难点, 并提出了改进意见。针对透射型FBG-LPG光路复杂的问题, 提出一种反射型FBG-LPG独立级联结构, 简化了光路, 优化了系统性能, 并进行了实验验证。在此基础上展望了FBG-LPG级联结构的发展趋势。

基于发光二极管(LED)的可见光通信(VLC)技术能够实现照明和数据通信的双重功能, 成为近年来无线通信的研究热点之一。目前商用LED较小的调制带宽在很大程度上制约了高速VLC系统的快速发展。为了解决这一问题, 提出了通过硬件预均衡技术拓宽VLC系统的-3 dB调制带宽的方法, 有效提高VLC系统传输速率；分析总结了近年来国内外应用于高速VLC系统中硬件预均衡技术的发展脉络和应用现状, 并对比分析了不同预均衡方案的均衡控制策略、均衡电路结构以及均衡效果; 对均衡技术的发展趋势提出建议, 为今后高速VLC技术的研究提供参考。

作为金属粉末激光快速成型技术中送粉系统的关键部件之一, 送粉喷嘴的送粉效率直接影响金属粉末激光快速成型的效率和精度。国内外对此领域都进行了深入研究, 并研制出多种新型送粉喷嘴, 其中同轴送粉喷嘴能有效提高金属粉末的熔覆效果和利用率。详细介绍了同轴送粉喷嘴的送粉原理及国内外研究现状, 分析及总结了影响光粉耦合效果和粉末利用率的主要因素, 并提出了改进方法。针对激光聚焦、粉末偏聚和反弹、冷却效果不佳等缺陷提出了改进措施, 并对同轴送粉喷嘴的应用前景进行了展望。

储备池计算是一种适合处理时序信号的简单高效的机器学习算法。相比在传统电子计算机上用软件实现的方式, 储备池计算在光器件上的实现方式将更有利于超高速和超低功耗的信息处理。介绍了储备池计算的基本原理, 从输入层、储备池和输出层三个方面介绍了储备池计算硬件实现方案的研究进展, 指出了储备池计算硬件实现方案发展中存在的问题, 并展望了其未来发展趋势。

利用横向塞曼效应技术对烟气中的二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)等干扰气体进行背景校正。采用基于塞曼效应的汞监测系统测量得到烟气经过湿法脱硫(WFGD)处理系统前后烟气中元素汞(Hg0)的平均质量浓度分别为0.36 μg·m-3和11.08 μg·m-3, 脱硫系统处理后烟气中Hg0浓度显著升高。经分析, 烟气中约99%的SO2被脱硫浆液吸收, 生成足量亚硫酸盐, 亚硫酸盐与Hg2+发生还原反应释放出Hg0；浆液pH值的变化加速Hg2+还原反应并释放Hg0。利用WFGD系统协同脱汞可能导致烟气Hg0排放浓度升高。Hg0排放浓度与烟气中其他成分的浓度均具有一定的相关性, 这与理论分析一致, 表明横向塞曼原子吸收法可以有效去除SO2、NOx等气体的干扰, 验证了应用横向塞曼原子吸收法检测烟气汞含量的准确性与可行性。

采用经典系综模型研究了椭圆偏振强激光场中Mg原子的非次序双电离。Mg原子在椭圆偏振强激光场中存在非次序双电离, 且非次序双电离的电离率随着椭圆率的增大而降低, 但降低的幅度不大。通过轨迹回溯分析可以发现, 随着椭圆率增大, 返回重碰撞电子数量的减少使得Mg原子非次序双电离的电离率降低。另外, 两电子横向相关动量分布及不同能量的电子数量分布表明, 返回电子的能量随着激光场椭圆率的增大而增大, 使得第2个电子在返回电子的少次甚至一次重碰撞下即可电离, 这在一定程度上补偿了降低的电离率, 从而使电离率降低得不明显。

通过数值模拟对叉指背接触(IBC)晶硅太阳电池的结构参数进行了系统研究, 详细分析了硅片厚度, 电池背面发射区、隔离区、背表面场的面积比以及发射区金属接触线的分布和线宽对电池开路电压、短路电流密度、填充因子和电池转换效率的影响。结果表明：增大发射区面积占比、减小金属接触线的线宽均有利于提高电池转换效率；当电池硅片厚度为220 μm, 背面发射区、隔离区和背表面场的面积比为8∶1∶1, 且发射区的2个金属接触线总线宽为10 μm时, IBC电池的光电转换效率最优值为24.19%。

基于激光诱导荧光检测技术的微流控系统广泛应用于生物化学检测领域。针对微流控系统中检测样本较少, 诱导荧光强度较弱的问题, 设计并制作了一种集成有微透镜阵列(MLA)的微流控芯片来提高荧光检测强度。采用热熔技术制备直径变异系数为0.36%的8×8光刻胶微透镜阵列模具。采用软光刻工艺, 制造集成有聚二甲基硅氧烷微透镜阵列的盖片, 焦距均匀性误差为7%。制造具有微通道的基片, 并采用氧等离子键合技术封装盖片和基片。将浓度为10 μmol·L-1的异硫氰酸荧光素荧光染料溶液注入微流控芯片, 利用荧光显微镜检测芯片的荧光强度。结果表明, 透镜处的荧光强度比无透镜时提高了约2.2倍。

硅雪崩光电二极管(Si-APD)的雪崩电压对温度极大地限制了基于Si-APD的单光子探测器在全天候野外条件下的实际应用。提出了一种可以在大环境温度变化范围内稳定工作的Si-APD单光子探测技术。通过制冷与数字偏压补偿相结合的技术, 自动补偿Si-APD的工作温度漂移, 保持稳定的雪崩增益。实验证明在-40~45 ℃的温度范围内采用该技术的单光子探测器工作稳定。实验结果表明采用温漂自动补偿的技术后, Si-APD单光子探测器具备了在温度变化较大的外场稳定运行的能力, 为机载或星载光子计数激光测量提供了高稳定性的单光子探测技术。

为了抑制四波混频(FWM)效应, 根据其产生机理和主要影响因素, 提出了对传统频率等间隔波分复用(WDM)系统的两种改进方案, 一种方案是设计中间大、两头小的信道间隔, 另一种方案是设计不等间隔交叉呈现的信道间隔。分别用OptiSystem软件搭建了7信道WDM系统, 并进行了仿真研究。结果表明两种改进方案均能很好地抑制FWM效应, 且第二种方案比第一种方案效果更好。

基于视觉的位移和振动测试方法大多需要人工在结构表面预设物理标记, 这使得现场测试和监控变得繁琐。针对现有机器视觉技术在薄壁件振动模态测试上的不足, 提出基于曲率尺度空间(CSS)角点检测与匹配的薄壁件振动模态测试方法。该方法通过人工设置的虚拟角点代替传统的物理标记, 利用改进的CSS角点检测方法定位振动图像序列中的关键点, 并采用基于像素平方差改进的匹配方法实现关键点匹配, 最终获取振动信息并识别模态参数。对薄壁梁和薄壁圆筒进行振动模态实验, 并利用有限元仿真和加速度传感器进行分析验证, 结果表明, 该方法能够有效准确地获得薄壁件的模态参数, 测试精度误差在5%以内。

针对单一滤波器提取高光谱图像空间特征时不能获得完整的图像空间信息的不足, 提出一种结合非局部均值滤波和导向滤波的高光谱图像分类算法。该方法利用非局部均值滤波提取高光谱全波段图像空间信息, 利用导向滤波提取经由主成分分析(PCA)降维后的高光谱图像的空间边缘信息, 将两种空间信息进行线性融合的结果输入至支持向量机(SVM)完成分类。实验表明, 相比于使用光谱信息、高光谱PCA降维、空谱结合的SVM分类、边缘保持滤波以及递归滤波等方法, 该算法能够有效提高光谱图像的分类精度。

行人检测是机器人和无人车夜间工作应用中的重要任务之一, 采用加速区域卷积神经网络框架实现夜间红外图像中的行人检测, 用区域建议网络生成候选区域, 无需单独从图像中生成候选区域。区域建议网络和用于分类以及位置精修的卷积网络中, 采用卷积层参数共享机制, 使得该框架具有端到端的优点, 因此无需手动选取目标特征, 实现了从输入图像直接到行人检测的功能。实验结果表明, 与使用传统方法和快速区域卷积神经网络相比, 使用加速区域卷积网络框架对红外图像进行行人检测的准确率从68.2%和73.4%提高到了90.9%, 检测时间从3.6 s/frame和2.3 s/frame缩短到了0.04 s/frame, 达到了实际应用中的实时性要求。

为了解决目前主流的显著性检测算法在复杂多目标遥感图像中检测能力不足的问题, 提出一种基于超像素区域相似性度量的显著目标提取算法。该算法利用简单线性迭代聚类方法对原始图像进行超像素分割, 通过基于图论的视觉显著性方法检测出显著超像素, 并对其修正得到显著目标提取的训练样本, 进一步逐层计算全体超像素区域与显著超像素区域的相似性并转化为超像素区域的隶属度值, 最后实现对整幅超像素图像的显著目标提取。实验结果表明, 该算法具有较高的准确率和召回率, 能更加有效地检测出遥感图像中的显著目标, 提取效果优于主流的显著性检测算法, 还可以有效应用于复杂多目标的遥感图像显著目标信息提取中。

为实现对玉米植株旱情的分析, 针对目前农业干旱指标涉及领域较为广泛、获取困难的研究现状, 提出了一种基于多特征融合的玉米前期图像旱情识别方法。以正常和特旱两种情况的玉米植株图像为样本, 采用经典K-means算法对玉米植株图像提取感兴趣区域；进而提取分割后的玉米植株图像, 包括颜色、奇异值分解(SVD)、纹理等共计20维特征；采用遗传算法对20维特征选择有效特征子集；最后针对有效特征子集建立了基于最小二乘支持向量机的判别模型, 获取了玉米植株图像的旱情信息。将单个特征(颜色、SVD、纹理)直接融合之后的特征以及利用主成分分析法的特征选择作为对比实验, 平均识别正确率分别为 0.9503、0.9627、0.9771、0.9460、0.9745, 而采用遗传算法进行特征选择后, 最终寻到最优解为9维特征, 平均识别正确率为0.9903。结果表明,运用图像处理技术可以对旱情进行识别, 取得了较好的效果, 为农业旱情的识别提供了新思路。

为了得到更好的画像石裂缝区域的检测结果, 提出了一种基于编辑距离的画像石裂缝的检测算法。将图像分为若干个大小相等的区域；为了将裂缝区域与背景区域区分开, 计算各个区域之间的编辑距离, 生成裂缝掩模图像；利用形态学中的膨胀运算进行掩模图中的空白区域填充；通过为掩模图像设定阈值完成对裂缝区域的标定。实验结果表明, 该算法可以对汉代画像石的裂缝区域进行精确检测。

针对激光主动成像图像特点, 提出一种分数阶微分与Sobel算子相结合的边缘检测算法。构造小波软阈值法与非局部均值滤波相结合的去噪算法对图像进行预处理；分析传统Sobel算子的不足, 并利用分数阶微分对其进行改进, 提出基于分数阶微分和Sobel算子的四方向边缘检测模型对图像进行梯度运算；运用最大类间差分法自适应选取阈值实现二值化完成边缘检测。实验结果表明, 与传统边缘检测算法相比, 该算法能够检测出更多的图像边缘细节, 且具有更好的可匹配性参数。

在显微成像下准确、稳定、高效、实时地对光纤, 尤其是抛剥涂覆层的光纤直径进行测量, 需要采用优异的自动对焦技术。对焦窗口的选择是自动对焦的前提, 为了避免光纤侧面显微成像下中间透光或衍射亮带对对焦窗口的影响, 提出了一种改进的定域椭圆取窗方法,并比较了不同窗口形状对清晰度评价和计算速度的影响。将定域椭圆取窗方法应用于125 μm标准光纤的测量,结果表明标准误差在0.3 μm内, 测量精度与VM2.22精密测量软件的微米级相比提高了一个数量级。这种定域椭圆取窗方法实用性强, 速度快, 通用性好, 可以作为光纤直径显微测量中一种有效的自动对焦窗口选择法。

提出了一种提高夏克-哈特曼波前传感器光斑质心的定位精度算法, 分析了光斑质心的探测误差, 采用与光斑尺寸匹配的探测窗口及插值法提高了图像的分辨率, 并使用二阶矩算法计算了质心位置。采用该算法对含有噪声的光斑图进行图像处理与计算, 并给出了待测件的波前重构示意图。结果表明, 相对于传统算法, 该算法将质心的探测精度提高了约0.8倍。

利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对手性异构体D-酒石酸和外消旋体DL-酒石酸进行测量, 得到两种异构体在THz波段的特征吸收峰, 发现它们吸收光谱之间的差异十分明显。利用量子化学软件中密度泛函理论对酒石酸两种异构体的单分子和晶胞进行理论模拟计算, 得到酒石酸两种异构体模拟结果的吸收峰, 并对吸收峰进行指认。实验所测的结果与理论计算的结果对应的吸收峰位置基本吻合, 通过对吸收峰的指认, 深入分析出该类物质的异构体在THz波段吸收峰形成的机理。结果表明, THz-TDS技术可以鉴别酒石酸手性异构体及其外消旋体之间的微小差异。

提出应用于激光脉冲高精度时间同步测量的技术方案。利用时间数字转换技术, 精确测量激光脉冲相对延时, 测量精度可小于10 ps(峰谷值)。为满足测量电路对脉冲宽度的要求, 设计针对短脉冲激光的电脉冲展宽模块, 可以将百皮秒量级的电脉冲展宽至纳秒量级, 引入时间抖动的均方根值小于2 ps。该测量方案实现了实时高精度时间同步测量, 可以作为时间同步反馈补偿的实时监测使用。

基于半导体激光器, 使用零膨胀系数材料制成超稳腔来实现窄线宽激光输出。激光二级管与光栅构成Littrow外腔, 一级衍射后, 小部分输出光用来锁定超稳腔, 实现了激光的线宽压窄, 大部分输出光注入到锥形放大器中, 实现光功率放大。最终获得波长为1064 nm、输出功率为290 mW、线宽为10 kHz的激光输出。该技术可应用于原子、分子精密光谱领域。

利用响应曲面法建立了管材激光弯曲成形弯曲角度的工艺模型, 并设计实验验证了模型的可靠性。通过该模型分析了自由端距离、辐射长度、扫描包角和扫描次数等工艺参数对弯曲角度的交互影响。结果表明, 自由端距离、扫描次数和辐射长度对弯曲角度有显著影响, 扫描包角对弯曲角度影响不大；辐射长度与扫描次数间的交互作用较弱, 与自由端距离具有较强的交互作用。

提出了一种全光纤偏振输出锁模光纤激光器。在谐振腔内无滤波器件时, 利用光纤偏振分束器的偏振输出和光纤的双折射偏振滤波效应在全正色散域获得稳定的锁模脉冲序列, 脉冲重复频率为2.2 MHz, 单脉冲能量达100 nJ。利用级联偏振控制器调节腔内偏振状态, 获得了单波长和双波长锁模输出, 在1 μm波段观测到了稳定的暗孤子脉冲, 腔内偏振态的演变是获得不同锁模状态的关键性因素。双波长锁模输出状态下的波长可调谐宽度达12 nm, 利用系统透过率函数理论分析了利用腔内偏振调节实现波长调谐的原理。

将选择性激光烧结(SLS)技术应用于石墨/酚醛树脂混合粉末成型, 实验研究了石墨原型件尺寸精度的变化规律, 并揭示了其内在原因。研究发现,石墨原型件X、Y方向的尺寸偏差随着激光能量密度的增大而增大, 随着分层厚度的增大而减小, 而Z方向的尺寸偏差随着激光能量密度和分层厚度的增加呈现出先减小后增大趋势；与X、Y方向尺寸相比, Z方向尺寸受工艺参数的影响更为明显。导致石墨原型件产生较大尺寸偏差的主要原因是SLS成型过程中产生了较为明显的次级烧结和Z轴盈余。正交实验结果表明,影响Z方向尺寸相对误差的因素按影响程度从大到小排序依次为扫描间距、分层厚度、激光功率、扫描速率。使Z方向尺寸相对误差最小的最优工艺参数组合为：激光功率23 W、扫描速率1000 mm·s-1、扫描间距0.18 mm、分层厚度0.14 mm。

窄线宽掺铒光纤激光器具有线宽窄、噪声低等优点, 在光纤通信、光纤传感、相干探测和合成等方面有广泛的应用。利用自行设计并制作的π相移光纤光栅和高反射率光纤布拉格光栅(FBG), 搭建了环形腔掺铒光纤激光器, 利用π相移光纤光栅的窄带滤波特性实现了1.5 μm波段的窄线宽掺铒光纤激光输出。当980 nm半导体激光抽运功率为5 W时, 激光输出功率为1.006 W, 光-光转换效率大于20%, 中心波长为1549.45 nm, 激光线宽为5.32 pm。输出光没有残余抽运光, 表明继续增加抽运光功率可以进一步提升激光功率。通过优化设计π相移光纤光栅的透射峰带宽、FBG的反射谱和激光腔结构, 有望实现高效、高功率的单纵模激光输出。

提出了一套系统的激光焊接工艺设计方法, 运用ANSYS软件对单纤双向光组件(BOSA)建立了一种简化有限元仿真模型, 采用间接焊接应力场的数值模拟方法, 研究了单光束激光焊接下的最小偏移参数。结合优化后的参数分析了不同激光焊接机参数下焊后光功率的损失情况。结果表明, 当单光束激光功率为100 W、脉冲宽度为0.2 ms、光斑半径约为0.18 mm时, 光组件具有最小偏移, 优化后光功率损失比降低了7.1%。

使用二极管抽运的L形扭转模腔实现了单纵模Tm, Ho∶YAG激光器, 自由运行时输出光谱在2090 nm附近有两个主要的振荡波段, 当抽运功率达到6.12 W时, 最大输出功率为483 mW。该单纵模激光器在5.9 W的抽运功率下, 在2090.9 nm处可产生202 mW的最大输出功率, 对应的抽运功率的斜率效率为6.95%。当抽运功率提高到5.9 W以上时, Tm, Ho∶YAG激光器开始多模式运行。用刀口法测量了单纵模Tm, Ho∶YAG激光器在几个位置的输出光束通过透镜后的半径。光束质量因子约为1.17。

为了设计宽角度高吸收的电磁波吸收器件, 基于石墨烯超材料, 设计了级联的层状结构。利用超材料的特殊属性推导了传输矩阵公式, 并利用它研究了所设计结构的传输特性。研究结果表明, 在保持高吸收率的条件下, 通过调节结构参数, 可以实现宽角度吸收带宽。吸收带宽与级联层数有关, 但层数达到某个特定的值时吸收带宽趋于饱和。

HIT结构的a-Si∶H/c-Si异质结太阳能电池迎光面遮光损失大是限制其效率提升的瓶颈之一。设计并制备了银栅线/SiNx/c-Si(n+)/n-c-Si/a-Si∶H(i)/a-Si∶H(p+)/ITO/银栅线结构的双面太阳能电池。对制备的双面太阳能电池样品每一面的进光情况进行J-V、量子效率和Suns-Voc测试分析。研究结果表明, 该结构太阳能电池采用背结结构入光可获得比前结结构入光更高的短路电流密度, 从而获得更高的光电转换效率；当制绒后硅片厚度为160 μm时, 双面太阳能电池的短路电流密度最高, 为40.3 mA·cm-2, 优于HIT结构的最优值39.5 mA·cm-2 。

显微图像自动聚焦的关键在于设计一个高灵敏度聚焦函数。由于显微图像细节多寡不确定, 传统的梯度函数对细节较少的图像的灵敏度不够高。针对该问题, 提出了一种结合全局和局部灰度变化的VarGrad显微图像自动聚焦函数。根据显微图像的特点, VarGrad函数利用聚焦窗口将基于全局灰度变化的灰度方差函数与基于局部灰度变化的梯度函数有机结合, 无论图像细节是否丰富, 都呈现较高的灵敏度。实验利用两组细节丰富程度不同的外周血细胞图像序列对VarGrad函数进行了定量评估。实验结果表明, 与几种典型的聚焦函数相比, 在图像细节较丰富和图像细节较少两种情况下, VarGrad函数在清晰度比率、陡峭度和清晰度变化率3种灵敏度指标上均提高了30%以上。

通过数值仿真, 研究了空间孤子在经过一个宇称-时间(PT)对称纵向势垒之后的动态传播特性。仿真结果表明, 空间孤子穿越势垒之后有一个横向的偏折。偏折角度与PT对称势垒的增益/损耗项、调制深度以及纵向宽度有关, 增益/损耗项对空间孤子的动态特性有重要的影响。此外, 空间孤子在经过一个PT对称势垒之后会得到能量上的增益, 增益大小与偏折角度有密切的关系。通过调整势垒参数可以控制偏折的角度, 这使得空间孤子在光开关、光通信等众多领域中具有巨大的应用前景。

针对塔尔博特自成像光刻机对照明系统的特定需求, 基于成像照明光学设计理论,引入非成像光学理论思想, 建立照明系统的初始结构。利用光学设计软件Zemax对照明系统光学初始结构进行优化, 并在Lighttools中对该照明系统进行建模和大规模分布式光线追迹。追迹结果表明, 在照明面积60 mm×60 mm范围内, 照明不均匀度约为1.83%, 照明功率密度不小于1.15 mW·mm-2。对照明面在光轴方向上的位移容差进行分析, 结果表明该照明系统可以满足塔尔博特自成像光刻的需求。

提出了一种应变反馈式压电驱动光学偏转器。首先介绍压电光学偏转器的机械结构及内部组成原理, 光学偏转器内部集成两个应变反馈式压电驱动器, 来实现对镜面的驱动及其角位移测量。然后自准直仪用于校准偏转器, 获得的偏转精度为0.05′, 并进行一系列开闭环实验以验证定位和跟踪性能。实验结果表明：在开环模式下, 30 min的定位时间内出现12.60%的蠕变, 对变幅值三角波的偏转跟踪误差占偏转量程的13.70%；在闭环模式下, 蠕变基本得到消除, 对变幅值三角波的偏转跟踪误差占偏转量程的4.31%。因此所设计的压电光学偏转器结构合理, 性能稳定, 具有较好的工程应用价值。

针对太赫兹波段高通滤波器, 介绍了利用光刻工艺在镀有铝层的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上进行亚波长结构样品的实验室制备过程, 主要研究了亚波长矩形金属孔阵列结构对太赫兹波透射特性的影响, 并利用仿真软件对这种结构的高通滤波特性进行了理论分析。对矩形孔结构中孔的大小和金属线宽对高通滤波效果的影响做了数值分析, 并建立了相应的数学模型。

为了提高鱼眼镜头中透镜的加工效率, 设计了三片不胶盘夹具代替传统的刚性盘和弹性盘进行精磨和抛光, 提高了生产效率；采用熔化后的聚氨酯代替上盘胶, 可避免抛光时胶层对面型的影响；运用皮筋代替设备上的压力表, 提高了下摆机精磨和抛光时光圈的稳定性；规范精磨及抛光工序中模具的使用, 有利于生产效率的提高；通过对抛光和定心磨边先后顺序的调整, 可有效避免磨边过程中在零件表面产生压痕和划痕；通过对涂墨夹具结构的改进, 提高生产效率, 降低劳动强度。在生产中, 三片不胶盘夹具的生产效率相对较低, 如何成功研制出多片不胶盘夹具是下一步工作的重点。

采用垂直拍摄-测量直径法代替传统的侧面拍摄-提取轮廓-函数拟合求导法测量液滴接触角, 省去了函数拟合过程, 提高了测量效率。推导出液滴接触角的理论计算公式, 利用计算机结合图像处理技术提取出液滴投影图像的边缘轮廓, 测量得到边缘的直径, 将其代入所推导出的理论公式求解出液滴接触角。实验获得了与理论计算一致的导电液滴接触角随电压变化的关系曲线, 验证了该方法的可行性。

提出了一种在3/2相位分布上叠加倾斜相位的方法, 并制备了主瓣向旁瓣方向弯曲的减速艾里光束(DABs)。通过调节叠加相位的倾斜因子, 得到了不同轨迹的DABs。在圆对称形式下, 叠加圆倾斜相位, 产生了减速圆艾里光束(CDABs)。通过数值模拟研究了CDABs自聚焦及紧聚焦的特性。在自聚焦中, 产生的主瓣包围旁瓣的CDABs可用于微粒操控；紧聚焦时, 类似于加速艾里光束, CDABs也会产生光链和光针焦点, 但其焦点位置和分布可通过相位倾斜因子进行调节。这些结果为获得新型艾里光束及扩大其应用范围提供了一定的参考。

基于当前的实验条件, 在半导体量子点中考虑声子辅助跃迁效应去构建环形四能级半导体量子点电磁感应透明介质模型。利用多重尺度法解析地研究了其中的时间光孤子的动力学行为。结果发现, 可以通过调整声子辅助跃迁强度来控制时间光孤子的幅度、宽度和群速度等动力学性质。时间光孤子的群速度远小于光速, 且随着声子辅助跃迁强度的增加, 孤子的群速度不断减小, 以至于可能缓变接近于零从而出现停滞现象。光停滞有利于将光存储于量子器件内, 这为半导体量子器件实现光存储提供一定的参考价值。

煤粉热解过程中产物及组分的不同会直接影响煤的燃烧特性, 为了进一步研究煤粉热解过程中产物浓度的变化, 采用1.65 μm附近的一组2v3的CH4气体吸收谱线, 在利用波长调制技术对原始激光强度修正的基础上, 实现了大同煤和准东煤热解过程中CH4气体浓度的在线测量。将直径约为8 mm、质量约为360 mg的单颗粒煤球通过金属丝悬挂于石英管中, 为使单颗粒煤球在热解过程中被迅速加热且受热均匀, 采用高功率CO2激光器与反射镜实现单颗粒煤球的均匀对称加热。可调谐激光光束在单颗粒煤球下方约10 mm处经3次反射穿过石英管, CH4气体浓度测量的过程从热解开始前一直持续到热解过程完全结束。在热解过程的开始阶段, CH4气体的浓度迅速增加, 之后逐渐下降, 直至最后降为0, 整个热解过程持续时间约为60 s。在气体释放速率最大处, 准东煤产生的CH4气体的体积分数约为大同煤的2倍；准东煤发生热解反应更加迅速, 且产生了较多的CH4气体。

将移动窗口偏最小二乘(MWPLS)应用于脐橙中重金属Cd含量的激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析模型中, 通过改变MWPLS窗口宽度并结合标准归一化处理、一阶导数、二阶导数、中心化处理和多元散射校正等5种数据前处理方法, 优选与脐橙中Cd元素相关性高的光谱区间, 并与传统偏最小二乘法进行对比分析。模型评价及验证结果显示, 当优选移动窗口为61个波长宽度、优选区域为218.61~222.55 nm时, 结合一阶导数数据前处理方法所构建的模型效果最佳, 验证集决定系数、预测均方根误差、主因子数、平均预测相对误差分别为0.9953, 15.10×10-6, 12, 7.43%。MWPLS结合合适的数据前处理方法可以筛选出脐橙中Cd元素的LIBS光谱区域, 提高定量分析模型的预测能力。

利用飞行时间质谱技术得到了氟利昂F1110(C2Cl4)在400 nm飞秒脉冲激光作用下的飞行时间质谱图, 发现了C2Cl+4、C2Cl+3和C2Cl+2这三种主要的碎片离子。利用密度泛函理论在B3LYP/6-311G++(d,p)基组水平上进一步计算和分析了C2Cl+4在光解离过程中解离通道的能量变化, 得出C2Cl+4在光解离过程中需要吸收能量, 说明C2Cl+4在大气层中比较稳定。与已有实验得到的C2Cl4在800 nm飞秒脉冲激光作用下的质谱图进行比较, 并通过计算碎片峰中各主要离子的比例以及氯同位素的丰度比发现, C2Cl4在红外光辐射下更易发生解离。采用同样的基组对C2Cl4和C2Cl+4中的C-Cl键进行势能面扫描, 得到其鞍点, 发现当C2Cl4解离生成C2Cl+4时, C-Cl键的活性变高, 更易断键解离。计算和分析了C2Cl+4的红外光谱和拉曼光谱, 利用从头算CIS方法得到了C2Cl+4的紫外可见吸收光谱。

冻干制品灌装过程极易使西林瓶出现裂纹, 裂纹及塞子与瓶口装配不紧等都会导致空气进入西林瓶内, 使瓶内的药品变质或变性。基于可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术建立了西林瓶检漏测量系统, 该系统可对西林瓶的密封性实现快速无干扰检测。通过分析参考光路与探测光路中水蒸气的物质的量分数差Δx与参考光路中水蒸气的物质的量分数xr之间的关系, 得到了不同湿度环境下的检测阈值。首先对该系统的测量精度进行了验证, 结果表明测量标准误差小于0.007%；然后在xr分别为1.29%、1.33%、1.89%、2.20%时, 对10个西林瓶进行检测, 4号和8号西林瓶在不同xr下的Δx均大于对应的阈值, 判定为泄漏瓶, 与实际泄漏情况相吻合。

选择周期阵列微纳结构金属银膜作为研究对象, 用有限元方法对其透射特性进行了数值模拟。研究了孔径大小、金属膜厚度、阵列周期以及入射光的偏振状态对微纳结构透射谱线的影响。结果表明, 透射谱线只对阵列周期的变化敏感。