提出利用Ⅱ类相位匹配方法实现稳定倍频输出，并对该方法进行了理论分析和数值模拟。数值模拟是对KTP晶体xy平面内的Ⅱ类相位匹配倍频过程进行的。数值计算结果表明，Ⅱ类相位匹配倍频过程中，当基频光以除最佳入射偏振角之外的偏振方向入射时，倍频强度曲线随倍频晶体长度增加而呈周期性变化；由于这种周期性变化的存在，当基频光起伏变化时，倍频强度曲线会交叉汇聚，出现倍频稳定区；当偏离角(入射偏振角与最佳入射偏振角差值)一定时，随着基频光入射强度的增大，实现稳定倍频输出所需的倍频晶体长度减小，稳定输出时倍频效率不变；当基频光强度一定时，随着偏离角的增大，倍频输出稳定性提高，倍频效率稍有下降。

为研究激光等离子体冲击波力学效应受入射激光及环境因素的影响，利用波长1.06 μm，脉冲能量320 mJ,脉宽10 ns的Nd:YAG激光作用在Al靶上，研究了冲量耦合系数(Cm)和离焦量(Z)之间的关系。实验发现在1.01×105 Pa情况下，初始时Cm随Z增大而增大，到Z=-12 mm附近达到最大值；而后Cm随Z增大而减小。在4000 Pa时，Cm随Z的变化关系与1.01×105 Pa时相似，但峰值位置后移。离焦量不同时，由于作用激光的功率密度不同而影响等离子体屏蔽效果；光斑大小不同将影响稀疏波作用，且离焦量正负不同时激光等离子体冲击波对靶的作用机制也明显不同，这些因素决定了离焦量对等离子体冲击波力学效应的影响。

大模场面积(LMA)多模光纤激光器的输出性能与光纤的弯曲程度有关。为研究两者之间的关系，在光纤不同弯曲直径下，对多模光纤激光器的输出性能进行了实验测量和理论计算。采用刀口法测量了不同弯曲直径下的激光光束质量因子M2，并对每种情况下光纤激光器的斜率效率进行了测量。光纤弯曲直径分别为285 mm,195 mm和130 mm时，多模光纤激光器光束质量因子M2为2.88,1.82和1.67，斜率效率为39%,35%和34%。另外，对于实验所采用的大模场面积多模光纤，理论计算了各模式损耗与光纤弯曲直径的关系。

气动光学畸变波前可近似表示为低阶本征正交分解(POD)基与时间系数的相乘叠加形式。当本征正交分解基已知时，如何实时获取各阶时间系数则是能否对波前进行有效低阶近似重构的关键。从波前低阶近似表达式出发建立了时间系数、基函数的空间导数与探测光束偏折角所满足的线性方程组，通过求解该方程组得到系列低阶时间系数。对实验测量的畸变波前时间序列的分析表明，该方法求解的时间系数和直接波前本征正交分解分析得到的时间系数能够较好地吻合，并且与基函数的组合也能较好地重构出波前。由于只需测量波面上稀疏布局的探测光束的偏折角，并且求解的方程组包含方程数量少，因此该系数获取方法更具有实时性，从而实现对高频变化的气动光学畸变波前的实时重构。

提出用两组透镜阵列与非球面透镜组成焦斑可调的均匀辐照光学系统，可实现靶面光斑尺寸在几微米到几毫米的范围内连续可调，并且能将圆形入射激光束变换为方形均匀焦斑，同时满足二维激光光束形状的改变和强度空间分布均匀化的要求。应用矩阵光学、衍射积分理论，详细分析了它的工作原理，给出了系统优化设计参数和详细的数值计算结果。模拟计算结果表明，当靶面离焦量为Δz=2 mm时，x，y方向平顶区的不均匀度分别为ηx=4.6%，ηy=5.3%，能量利用率达到95.3%，基本上达到了设计要求。Zemax光学设计软件的仿真实验测试结果与理论分析结果吻合得很好。

为了有效地补偿激光二极管(LD)侧向抽运1000 Hz重复率电光调Q Nd:YAG激光器棒状增益介质内存在的热致双折射损耗，设计了一种新颖的双调Q晶体开关复合谐振腔结构。实验结果表明，设计的双调Q晶体开关结构Nd:YAG激光器输出激光脉冲能量比单调Q晶体开关结构的非补偿腔输出能量提高了56%，当侧面抽运半导体激光器输出功率达到450 W时，激光输出达到30 mJ/pulse，输出光束偏振度优于10:1，激光脉冲宽度约14 ns。并获得6.7%的光-光转换效率。通过对双调Q开光激光谐振腔进行建模，并用求解速率方程对其特性进行理论分析，所得的计算结果与实验结果基本吻合。

利用TEA-CO2脉冲激光在水中激发热弹光声信号，采用压电陶瓷水听器接收并将光声信号转换成电信号送入数字存储示波器，计算出声脉冲的能量，从而获得该激发条件下激光能量转换成声波能量的效率η。结果表明不采用凹面镜聚焦激光脉冲能量密度低于2 J/cm2时，光声转换效率η为10-7～10-5，聚焦之后η增大一个数量级；激光脉冲谱线宽度固定时，能量越高，η越高；激光脉冲能量相同时，激光脉冲谱线宽度越大，η越高。故可以通过聚焦、增加激光脉冲谱线宽度、提高激光能量等方法来提高光声转换效率η，获得强的热弹光声信号。

抽运旁通腔型的掺镱光纤(YDF)激光器内剩余的抽运光功率随着入射抽运功率的变化呈现出光学双稳特性，这导致了用它来抽运另一个分叉腔的铒镱共掺光纤(EYDF)增益介质可获得第二个信号波长激发的可能性。根据这一原理，从实验上获得了1040 nm和1537 nm两个激发线的可切换振荡，这表明基于掺镱光纤激光器光学双稳态的复合腔结构(掺镱光纤激光器的抽运旁通腔和铒镱共掺光纤分叉腔)是实现切换式双波长光纤激光器光源的一个简单有效的方法。

报道了采用双光纤光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er3+光纤为增益介质，利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应，通过两个短光纤光栅法布里-珀罗腔选模，产生了稳定的1534.83 nm单频激光输出。激光器采用两支976 nm单模激光二极管(LD)抽运，两端输出。激光器阈值抽运光功率为12 mW，在总抽运光功率为145 mW时总输出信号光功率为39.5 mW，单端最高输出信号光功率为22 mW。光-光转换效率为27%，斜率效率为29.7%。随着抽运功率的增加，激光器输出功率趋于饱和。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽，实验中使用了15 km单模光纤延迟线，由于测量精度的限制，得到激光器的线宽小于7 kHz。这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄、信噪比高的特点，可用于高精度的光纤传感系统。

理论分析了机械抖动激光陀螺(MDRLG)闭锁误差产生的原因，给出了闭锁误差与输入角速率、机械抖动频率和机械抖动幅度的关系。针对激光陀螺读出电路整脉冲计数解调的缺陷，提出了用抛物线方程描述激光陀螺输出信号零速率点的相位特征来补偿丢失的小角速率信息，并且利用激光陀螺零速率点相位的正弦值和余弦值以及零速率点相位的二阶导数进行闭锁误差补偿的新方法。仿真实验结果表明，在整周期采样过程中，激光陀螺最大输出误差由原来的6.25%减小到0.622%，有效地减小了闭锁误差，提高了激光陀螺的检测精度。同时该方法也使激光陀螺输出信号具有良好的稳定性和重复性。

通过求解泊松热传导方程，得出了端面抽运下矩形截面Nd:GdYVO4激光晶体内部温度场分布以及Nd:GdYVO4激光晶体抽运端面达到热平衡后的热形变量。当抽运功率为12 W，抽运光斑半径wp=320 μm时，Nd:GdYVO4激光晶体的热形变量为0.855 μm。根据Nd:GdYVO4晶体内部温度场分布和晶体抽运端面达到热平衡后的热形变量，进而计算出晶体热焦距随抽运功率的变化。通过ABCD矩阵进行了腔参数优化，选取了更有效压缩KTP上基模光斑半径的V腔进行腔内倍频实验。在抽运功率为6.71 W时Nd:GdYVO4获得了1.73 W稳定倍频绿光输出，光-光转换效率达到25.8%，绿光非稳度为1.13%。

用蒙特卡罗方法仿真了增益随机散射体中的非相干辐射，观察了非相干随机激光的特性。当抽运能量超过一定阈值时，散射体的整体辐射谱突然变窄；随着抽运能量继续增大，在光滑谱背景上会出现分离尖峰；散射体内空间某位置处频率组成不是单一的；辐射谱中某单个频率的空间方向分布和位置分布比较广。增益随机散射体中产生的非相干随机激光本质上既不同于无反馈的普通放大自发辐射，又不同于相干反馈形成的常规激光。解释了非相干随机激光辐射谱上出现分离尖峰的原因，出现这种现象是由于少数光子在增益散射体中经历较多次数散射后得到了相对充分的放大。

对环形非稳腔激光器做数值计算模拟，给带有倒向波抑制(RWS)镜的环形非稳腔激光器的设计提供了数值参考。通过自洽方程，用Matlab计算带有倒向波抑制镜的环形非稳腔正、倒向波的稳定过程。改变腔长、放大率等参数来计算，发现使用倒向波抑制镜能明显提高正向波的输出，并能抑制倒向波。气体分子的多普勒频移导致正、倒向波的频率变化。频率分开的越小，竞争越大，抑制效果越好，正向波输出功率则有所下降。对于特定的结构，存在最佳的放大率，使正向波的输出最大。计算结果表明，倒向波抑制镜的引入能增大环形非稳腔输出功率。计算结果对实际环形非稳腔的设计十分有用。

对液晶空间光调制器(LC-SLM)在读出光斜入射下的理论进行了推导，建立了读出光斜入射时液晶空间光调制器的理论模型，并进行了模拟计算。以正入射时液晶空间光调制器的电压－输出光强的关系，推导出液晶空间光调制器在不同调制电压下液晶分子的转角,从而进一步计算相位差。结果表明，随着入射角的增加，液晶层的相位调制深度逐渐减小；随着分子倾角的减小，相位调制深度逐渐升高，即随着写入光的增强，加到液晶层两端的电压增加；随着入射角的增加，读出光强的初相位逐渐减小，但该初相位值并不大，即使在入射角10°下达到最大，也仅为0.21π。计算结果与实验数据相吻合。

有机聚合物高速电光调制器是全光纤器件，插入损耗低，集成度高，能极大地降低模式失配和调制电压，提高调制效率，是未来超长距离超大容量高速光通信系统中的关键器件之一。将一种基于长周期光纤光栅的光纤聚合物电光调制器看作5层均匀圆光波导，考虑两层电极及其复折射率的实际情况，利用紧致的超格子方法，在复数域分析这种光纤聚合物电光调制器的波导特性。从模式折射率的实部和虚部、模场分布等角度对数值计算结果进行分析表明，只忽略外电极对调制器的波导特性影响很小，考虑电极时长周期光栅的谐振波长比不考虑电极时大，从而影响调制特性。

设计了一种由相位型空间光调制器(PSLM)、偏振光分束器(PBS)、反射镜、半波片(HWP)和四分之一波片(QWP)构成的2×2光开关。该光开关所用器件少，具有结构紧凑规整、功能的实现与信号光的偏振态无关以及可以完成双向交换等特点。在此基础上通过2×2光开关的级联，设计了一种与偏振无关的4×4光开关的实验模块,根据其路由控制表对该实验模块功能的实现进行了分析。为与之作比较,还提出了一种与偏振相关的4×4光开关,该光开关利用对信号光偏振态的控制进行路由选择,以实现所需的交换和排序。

研究了基于高频CO2激光脉冲单侧写入的截面折变非对称型长周期光纤光栅(LPFG)高温特性及其在高温环境中的轴向应变特性。理论和实验表明在200～1000 ℃之间长周期光纤光栅的谐振峰漂移呈线性趋势；同时，在高温环境中其谐振峰随轴向应变也呈线性漂移，且不同谐振峰的温度和应变灵敏度也不同。利用这种新型长周期光纤光栅独特的高温应变特性可用一根光纤光栅实现对高温和应变的同时测量。

研制了应用于光学相干层析(OCT)成像的二维扫描光纤探头。该探头利用光纤悬臂的共振特性，结合光纤悬臂的结构不对称性，使光纤悬臂在正交方向具有不同的共振频率。通过对压电双晶片施加接近于上述两种共振频率的混频信号，就能同时激发光纤悬臂两正交方向上的振动，实现光纤悬臂的单驱动二维扫描。扫描采样率对成像质量至关重要，可通过驱动信号的频率选择和图像采集时间的设定来控制。在光纤悬臂固有频率曲线谐振宽度范围内细调驱动信号频率，可形成不同形状因而不同扫描覆盖率的大振幅李萨如轨迹。为实现扫描图像的正确重建，在扫描探头中引入了二维位置敏感探测器，用于扫描轨迹的同步记录。应用所研制的光纤扫描探头于已建立的光学相干层析系统，开展了典型样品的横断面扫描成像实验，在2 frame/s的采样速率获得了初期的实验结果，验证了方案的可行性。

基于半导体量子点的特性，结合光纤渐逝波耦合器，提出了一种新型的光纤放大器件，它将以溶液形式的硫化铅(PbS)半导体量子点材料沉积于耦合器熔锥区，信号光和抽运光通过渐逝波共同与半导体量子点材料相互作用，实现光的放大作用。PbS量子点材料是采用工艺容易控制的反胶束法制备的，通过透射电镜(TEM)测量得到其粒子尺寸小于10 nm。利用工作波长为980 nm，功率为30 mW的半导体激光器抽运光源对该光纤放大器抽运，在1310 nm波段得到了大于4 dB的增益，这是半导体量子点尺寸效应引起的光谱蓝移现象的体现。因此，这种有源区短、器件结构紧凑的光纤放大器在高速、宽带光纤接入等领域具有重要的实际意义和应用价值。

在研究双随机相位数据加密技术的基础上，结合数字全息技术和印刷技术的特点，提出了一种新的同轴菲涅耳全息标识防伪方法，利用双随机相位加密复数数据信息(物光信息)，与参考光叠加形成同轴全息图像。理论分析了同轴菲涅耳全息方法能有效地恢复原始图像数据，并对加密的同轴菲涅耳全息图像的强抗位压缩性能进行了仿真，最后通过打印和扫描对同轴菲涅耳全息标识的防伪功能进行了验证。结果表明，该全息标识防伪方法具有强的抗位压缩能力，可以通过逆菲涅耳变换和多重解密密钥恢复原始认证信息，是一种十分有效的全息标识。该全息标识方法可通过可变数据印刷技术印制在证件等印刷品中作为个性化防伪标识。

在已有的双波长高空探测激光雷达的基础上，通过采用钠原子滤光器技术以及配合相应的关键技术，使得其中的钠层荧光通道具有了白天探测能力。由于钠原子滤光器极窄的滤光带宽和极强的带外抑制，使得即使在中午太阳背景光最强的时段，也能以光子计数方式探测到80～110 km高空钠层的微弱回波信号。实验观测结果表明，该技术已具备了对高空钠层的全时段探测能力，从而使利用激光雷达对我国高层大气进行24 h连续探测研究成为可能。

在光全散射法颗粒粒径测量中，基于米氏(Mie)理论的计算方法只能求出均匀球形粒子的消光系数，而且计算复杂。通过反常衍射近似(ADA)代替米消光系数，可以简化粒径分布的反演过程。对使用反常衍射近似方法计算圆柱形粒子消光系数的可行性以及限制条件进行深入的研究，并在非独立模式算法下，采用遗传算法反演粒径分布。仿真结果表明，当粒子的相对折射率在一定范围内时，利用反常衍射近似反演圆柱形粒子的粒径分布是完全可行的，反演结果稳定、可靠。对消光值测量结果加入3%相对误差时，反演误差为5.7%。该方法具有简单、直观、计算速度快等优点，适合颗粒粒径的在线测量。

强激光与固体靶物质相互作用产生的等离子体膨胀对靶有强烈的反冲作用，这就是激光等离子体推进的基本思想。固体靶获得冲量大小的测量在研究冲量传递效率过程中有重要作用。采用一种悬摆法和光电测速法相结合的测量方法对激光等离子体膨胀时靶摆动的周期、角速度进行了实验测量，结合测试装置的几何结构和流体力学理论得到了有空气阻力影响下靶的摆动方程，并将实验测量的靶摆动周期与由摆动方程计算的结果进行了比较，两者之间的相对误差小于0.5%，即这一摆动方程能较精确地描述靶的摆动过程，采用此摆动方程和实验测量的靶摆动角速度求得了靶的冲量。理论和实验研究结果表明该测试方法具有结构简单、操作方便、测量精确度高等特点。

提出一种可提高平行平板角位移干涉测量仪测量精度的优化设计方法。对角位移干涉测量系统进行了误差分析，讨论了影响角位移测量精度的主要因素。分析了在干涉仪光路中入射到平行平板上的初始入射角度、平行平板的折射率以及厚度等参数的选取对角位移测量精度的影响。结果表明，优化选取最佳的初始入射角度以及元件参数，并在干涉光路中附加引入一平面反射镜形成光程差放大系统，可实现的角位移测量精度达10-8 rad数量级。

设计并采用激光熔炼工艺制备出镍基固溶体γ增韧的Mo2Ni3Si三元金属硅化物合金。差式扫描量热分析(DSC)及高温金相实验表明，该合金共晶温度约1287 ℃，液相线温度约1355 ℃。研究了该Mo2Ni3Si合金在炉冷、水冷及激光表面熔凝条件下的凝固组织。结果表明，在炉冷及水冷条件下，随着凝固冷却速度的提高，合金中Mo2Ni3Si初生枝晶体积分数降低、二次枝晶臂间距减小，但激光表面快速熔凝合金中Mo2Ni3Si初生枝晶体积分数急剧增加 (62%)。激光表面快速熔凝γ/Mo2Ni3Si合金由于组织细小，且基体γ相被Mo及Si元素过饱和固溶，具有最优异的力学性能(显微硬度600HV)；炉冷Mo2Ni3Si合金凝固组织初生枝晶上分布着许多显微裂纹，且显微组织为粗大的二相组织，力学性能较差。

利用DC025扩散冷却板条(SLAB)激光器系统地研究了激光焊接三明治金刚石锯片的焊接缺陷和焊接工艺。结果表明焊接缺陷主要表现为焊缝中大量的气孔和较多的铜，降低了焊缝强度。气孔来源于基体里黏接剂、油污与粉末冶金刀头的共同作用，采用正面熔透1/2，反面完全熔透的焊接方式和提高焊接速度来减少气孔缺陷。铜来源于基体里铜板的熔化，当激光偏向刀头时，铜的含量降低。350 mm三明治锯片合适的焊接参数为激光偏移量0～+0.20 mm，正面焊接线能量为25～40 J/mm，且激光功率低于1000 W；反面焊接线能量为80～150 J/mm，且激光功率高于1500 W；此时焊缝铜的质量分数为0.2%～1.1%，焊接气孔较少，焊缝抗弯强度满足EN13236安全标准。

为改进钛合金(Ti6Al4V)的耐磨性能，应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti+Al/Ni)+(Cr2O3+CeO2)复合涂层实验，分析了熔覆层微观组织，测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明，熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr2O3颗粒和白亮球状液析Cr2O3，及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相。显微硬度明显提高，最高可达1150HV，平均是基材的3～4倍。熔覆层和基材实现良好冶金结合，白亮熔合区宽度为10～20 μm。激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0.2～0.3之间，磨损率比Ti6Al4V标样降低约4～5倍。

采用高速摄影技术对激光快速成形过程中液态熔池的形成及其演化过程进行了实时观察。结果发现，以一定速度向前运动的激光束辐照基材时，基材表面开始熔化并形成液态熔池，经过一个较短的时间间隔(约1.0 s)后熔池深度增大至一定值，熔池长度则围绕一恒定值波动。以恒定送粉率向熔池中连续送进金属粉末时，熔池的长度和宽度逐渐减小，熔池寿命缩短。同时熔池后沿不断抬高即熔覆层厚度不断增加，最大熔深处熔池自由表面法向和激光束轴线之间的夹角由几度逐渐增大到20°～30°左右。熔池自由表面发生周期性的变化，实验观察到熔池后沿有周期性的“岛状凸起”出现和消失现象。数值计算结果证实这主要是熔池中熔体在表面张力梯度下引起的强制对流作用的结果。

控制由机械装夹方式所引入的波前畸变以提高惯性约束聚变(ICF)输出光束的质量，是在大口径钕玻璃片主放大器结构设计中必须考虑的。提出了一种新的有限元变形结果与光学元件面形畸变之间的数据处理方式，并与传统方式进行了对比。基于新的数据处理接口，利用光机集成分析方法对大口径八边形钕玻璃片的支撑系统结构设计参数进行优化。优化的结果保证了由支撑系统引起的透过波前畸变小于十分之一波长，同时波前畸变与设计参数变动的相关性最小。