基于单色CCD记录彩色数字全息图的光学系统及衍射的数值计算理论，综合评述彩色数字全息波前重建的常用算法。对一种只适用于静态物理量检测的波前重建算法做了重要改进，不但消除了频谱混叠对重建光波场的影响，而且让该重建算法适用于动态物理量的实时数字全息检测。并将研究工作推广于彩色CCD记录彩色数字全息图的光学系统，给出了三色光照明下重建物体彩色图像的实例。

实验研究了单频单模保偏掺Yb光纤放大器中的受激布里渊散射(SBS)效应。采用前向抽运的两级级联掺Yb光纤放大器，研究了保偏光纤放大器中的受激布里渊散射的光谱变化特性。理论计算的单模光纤的布里渊频移和SBS阈值与实验测试的结果进行了比较。在光纤放大器前后两端观察到多级次的斯托克斯(Stokes)谱线和多级的反斯托克斯(anti-Stokes)谱线，这是由级联受激布里渊散射和四波混频过程产生的。

介绍了一种全光纤窄线宽脉冲激光器。该激光器由两部分组成，即脉冲光纤激光器种子和由隔离器、耦合器以及光纤光栅组成的窄线宽脉冲提取装置。脉冲光纤激光器种子是基于半导体可饱和吸收镜（SESAM ）为锁模机制的全光纤被动锁模激光器，输出脉冲的光谱宽度约为3 nm。窄线宽脉冲提取部分对脉冲光纤激光器种子输出脉冲的光谱进行提取、窄化，输出脉冲的光谱宽度约为0.1 nm。该激光器操作简单、设备简易，为全光纤结构；不仅可以输出窄线宽光脉冲序列，而且同时还可以输出脉冲光纤激光器种子的光脉冲序列，极大地拓展了脉冲光纤激光器的应用范围。

腔倒空技术是一种有效产生大能量、短脉冲激光输出的调Q技术，其产生的Q开关激光脉冲的宽度主要由谐振腔腔长决定。大孔径半绝缘GaAs光电导开关(PCSS)是一种可耐高压的光控开关，具有响应速度快、时间抖动小、耐压高、暗电阻大、导通电阻小等特点，将其直接作为控制腔倒空激光器的光反馈回路和高电压开关，在腔长为20 cm的氙灯抽运Nd:YAG电光调Q激光器上实现了激光波长1064 nm、单脉冲能量15 mJ、脉冲半峰全宽 （FWHM）为1.7 ns的腔倒空激光脉冲稳定输出，脉冲宽度峰峰值抖动优于7%，能量峰峰值抖动优于3%。

在增益导引的作用下，未采用任何补偿措施，主振荡功率放大（MOPA）激光器的输出光光束质量得到改善。综合考虑热效应、增益导引效应、增益饱和效应后，在MOPA系统中建立了一种新的激光放大模型，并进行了数值计算，模拟结果与已报道的实验结果符合较好。另外，计算结果表明填充因子和抽运光功率是影响输出激光光束质量的重要因素，而热效应与增益导引效应是其深层原因，这对进一步利用增益导引效应改善光束质量具有指导意义。

简要分析了掺铥铝酸钇（TmYAP）晶体的能级结构及吸收光谱特性，报道了一种室温条件下的激光二极管(LD)双端面抽运TmYAP激光器。激光器输出的中心波长为1996 nm，2 μm连续激光输出功率为40.7 W，光光转换效率为30.4%，斜率效率为41.1%。经过声光(AO)调制后获得重复频率为10 kHz的脉冲激光输出，输出功率为34.6 W，激光脉冲宽度为92.08 ns，光光转换效率为25.9%，斜率效率为32.9%。光束发散角x方向为11.6 mrad，y方向为12.2 mrad。

采用圆棒状工作物质的固体激光器中，通常用2块带有半圆型凹槽的金属热沉夹持晶体散热。装配压强在晶体与热沉接触面上的不均匀分布，造成二者间接触热导沿圆周变化，在晶体中产生非轴对称的温度分布。提出采用3块或4块热沉夹持圆棒晶体散热，利用截断高斯模型和塑性形变模型计算晶体与热沉间接触热导，建立了接触散热模型，并用有限元法得到晶体温度分布。结果表明，2块热沉夹持圆棒晶体散热时，晶体侧面压强、接触热导沿圆周变化明显，在热沉凹槽底部达到最大，在2块热沉结合面处为零，晶体端面温度沿周向变化较大。采用3块热沉时，晶体侧面压强、接触热导及温度分布的周向均匀性提高，端面中心温度降低，采用4块热沉时，晶体侧面压强、接触热导及温度分布的周向均匀性最好，端面中心温度最低。

理论研究了当基频光（ω0）和倍频光（2ω0）之间的时间延迟改变时，所产生的三次谐波(THG)的光谱特性。研究结果表明，空气中双色场飞秒激光诱导三次谐波的强度随基频光与倍频光之间的时间延迟而变化，并呈现周期性的调制现象。理论分析指出这是由于基频光的三倍频过程和基频光与倍频光的四波混频(FWM)过程两种物理机制所产生的三次谐波发生了干涉现象。同时研究了基频脉冲与倍频脉冲的啁啾和自相位调制（SPM）对于所产生的三次谐波光谱分布的影响。该研究为双色场飞秒激光诱导三次谐波的相干控制提供了基本的理论依据。

介绍了数字微镜器件(DMD)的工作原理，当DMD某像素微镜的角度固定在+12\O或-12\O，其在光学上等价于控制该像素的透射率为0或1。结合二元面板的设计思想，用误差扩散法对DMD各像素微镜的状态进行设计，用以对1053 nm脉冲光进行空间整形，实现了一种主动、实时的光脉冲空间整形方案。填充因子(FF)和光场调制度(FM)作为评价光束近场质量的参数，在高功率激光系统中直接影响系统的能量利用率。上述实验中，经过空间整形，光束的填充因子由33%提高为65%，光场调制度由52%降为28%，而且整形后的光斑大小与预期相符。最后对实验所用的DMD进行了能量利用率、波前畸变稳定性的测试。

采用CO2激光点火方法，研究了含六硝基六氮杂异戊兹烷（CL-20）改性双基(CMDB)推进剂在不同功率密度作用下的点火特性，探讨了Al粉含量和燃烧催化剂对该类推进剂激光点火性能的影响。实验结果表明，在激光功率密度25.5～127.0 W/cm2范围内，不含催化剂的CL-20-CMDB推进剂点火延迟时间随功率密度增加而递减，且点火延迟时间变化逐渐减缓，点火均首先在推进剂表面产生；而含有催化剂推进剂试样的点火延迟时间和点火过程则与功率密度密切相关：在高激光功率密度时，含催化剂的推进剂点火没有发生在推进剂表面，而是在试样表面的气相中，且点火延迟时间增加。Al粉含量对其点火延迟的影响在低激光功率密度时较大，随着功率密度增加影响减弱。

基于光反馈半导体激光器产生混沌激光作为熵源，设计制作了放大器、比较器及触发器等高频电子器件，实现对混沌激光的模数转换，产生一路随机数，与另一路不相关的随机数异或处理，无需后续数字处理，最快可实现500 Mb/s输出。产生的随机数序列通过了美国国家标准与技术研究院（NIST）的统计测试标准（SP800-22）。该随机数发生器码率可调，易集成，有利于产品化。

研究了高功率固体激光驱动器运行于高通量、长脉冲条件下，大口径三倍频KDP晶体中强紫外光激发的横向受激拉曼散射(TSRS)效应，重点分析了受激拉曼散射(SRS)过程产生的散射光场峰值功率密度、峰值通量与抽运脉冲脉宽、晶体侧边反射率的关系。将晶体侧边反射折算为散射光传输过程的固有损耗，理论研究结果表明任意抽运脉宽、任意晶体侧边反射率条件下散射光峰值光强总满足e指数增长规律，并推导了增长系数G的一般表达式。此外，在任意拉曼增益系数、任意抽运脉宽与晶体边缘反射率条件下，一旦增长系数G高于25，散射光峰值通量将达到约10 J/cm2，逼近晶体损伤通量，由此给出KDP晶体紫外光横向受激拉曼散射风险判据。

根据宽带激光在均匀加宽线型增益介质中的放大理论模型，采用短时傅里叶变换算法数值模拟了相位调制的光脉冲通过再生放大器传输放大后的时间波形，分析了再生放大过程中各个参数对幅度调制效应的影响。计算结果表明，调节光脉冲中心波长使之与增益介质中心波长匹配，提高注入种子脉冲的能量都能够有效地降低再生放大器中的幅度调制效应，提高光束质量。

从Wigner分布函数定义和菲涅耳衍射积分出发，导出了洛伦兹光束在束腰参考面、自由空间任一参考面以及ABCD系统出射参考面的Wigner分布函数的解析表达式。作为其典型应用，导出了洛伦兹光束二阶矩的解析表达式。数值模拟了束宽、发散角的变化规律并与相应的高斯光束参数的变化规律进行比较。结果表明洛伦兹光束比高斯型光束更适合作为二极管激光光束模型。

为实现6061-T6铝合金薄板的高速高功率CO2激光填丝焊接，选用了ER4043,ER5356两种焊丝进行了焊接性试验。利用鱼骨状试样对两种焊丝的激光焊接铝合金6061-T6的热裂纹敏感性进行了分析；利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计以及万能材料试验机分析了焊接接头的组织与性能。研究结果表明，与填充ER5356焊丝相比，填充ER4043焊丝的焊接接头热裂纹敏感性较低，焊接速度可达6 m/min。焊缝主要是柱状晶、等轴晶及少量树枝晶，显微硬度在60~80 HV，拉伸强度可达240~262 MPa，弯曲性能良好。

以高Cr、Ni合金粉为填加材料，采用Nd:YAG脉冲激光对0.1 mm+0.8 mm+0.1 mm双面超薄不锈钢复合板进行对接焊，对焊接接头的组织、抗拉强度、焊缝区显微硬度以及焊缝表面耐腐蚀性能进行了研究。结果表明，激光焊接的表面成形性好、变形小、无缺陷，焊缝金属与覆层不锈钢及基层碳钢连接良好；焊缝中心为晶粒取向不规律的细小等轴晶，其他区域为柱状晶，几乎看不到热影响区，焊缝表面为奥氏体+少量铁素体+少量马氏体组织；焊接接头的抗拉强度达到了母材的92%，伸长率为母材的25%；焊缝区显微硬度与母材相比有显著提高；不锈钢复合板焊缝表面和母材覆层抗电化学腐蚀性能接近。

在屈光介质中，由于光线的折射以及光程与实际物理距离的错配，使得光学相干层析(OCT)成像存在重构误差。将几何光学中光线追迹的方法应用于光纤型谱域光学相干层析成像系统所成图像的重构误差矫正，在理论上推导了屈光介质所成层析图像与其真实物理结构的映射关系。实验中，将提出的方法应用于玻璃毛细管和人眼眼前节图像的重构误差矫正，在矫正后的图像中玻璃毛细管的剖面结构得到了准确的还原，所测人眼的眼角膜厚度、前房深度和宽度、眼角膜前后表面以及晶状体前表面的曲率半径等各种参数都符合模型眼给出的参考值。该方法能够使光学相干层析成像系统应用于具有任意多层折射界面的屈光介质，包括由透镜组组成的复杂光学系统等的成像。

采用He-Ne激光辐照（5 mW/mm2）和增强紫外线B（UV-B）辐射处理“晋麦8号”小麦，利用聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）技术分析UV-B和He-Ne激光辐照后小麦叶片的过氧化物（POD）同工酶、过氧化氢（CAT）同工酶、酯酶（EST）同工酶、三磷酸腺苷酶（ATPase）同工酶、苹果酸脱氢酶（MDH）同工酶各种酶谱的变化情况。PAGE结果显示，小麦叶片经UV-B辐照后诱导出2条新POD同工酶谱带，但明显降低了总的POD活性，对CAT,EST,ATPase和MDH同工酶酶谱数目影响不大，但酶带强度减弱，同工酶活性明显下降，说明UV-B辐射抑制了植物的基因表达；He-Ne激光处理可促进同工酶的基因表达，使酶带增强；UV-B辐射后再用He-Ne激光处理，激活了UV-B辐射钝化的基因，促进了同工酶的基因表达，使酶活性增强。研究发现，一定剂量的He-Ne激光辐照可以通过促进小麦叶片中同工酶的基因表达来增强植物的抗逆性。

基于失配光纤耦合器的波长特性，从理论上详细分析了两芯间隔d，两芯之间的失配度Δβ及耦合区长度z对其光谱特性的影响。结果表明，当Δβ和d较小时光纤耦合器可以成为梳状滤波器。Δβ主要影响梳状滤波器的消光比，z和d在两芯子匹配的情况下主要影响峰值波长位置和间隔。通过将一根两芯间隔d=12 μm的单模双芯光纤(TCF)的一个芯子熔接在两根单模光纤(SMF)之间，实验制得基于双芯光纤耦合器的全光纤型梳状滤波器，其消光比可达25 dB，插入损耗为3.1 dB。通过使用不同长度的TCF获得了不同的峰值波长间隔，并使用波长为248 nm的紫外光对其峰值波长和消光比进行了调节。

为提高光纤传感系统的复用能力，常将多个谱型重叠的传感器串联，由此引发的串扰效应会导致测量误差的产生，从而需要对串扰效应进行深入分析。将蒙特卡罗法引入到由多个谱型重叠传感器串联组成系统的研究中，该方法能考虑到光谱阴影、任意阶多次反射的串扰效应，计算出系统总反射率谱等信息。为验证方法的可靠性，使用蒙特卡罗法对由两个谱型重叠的传感器串联所组成系统的总反射率谱进行了仿真，并与其数学解析解比较，结果显示两者吻合度高，在选择光线数为5×106时，计算误差量级在10-3左右，证实了该方法的准确性。在此基础上，采用蒙特卡罗法对无解析解的多个传感器串联所组成系统的总反射率谱进行了仿真计算。

将相互耦合的3平行光子晶体单模波导看成一个多模干涉系统，通过研究二维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应，优化设计了一种新型1×2光子晶体波导定向耦合分束器，采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中，根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置，通过改变输出波导和耦合区连结的一个介质柱位置构成波导微腔结构，改变耦合区中的模场分布，实现模式匹配，从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明，移动介质柱距离输出单模波导和多模波导连结处1.85a位置处时，对于波长为1.55 μm的入射光，该分束器的透射率可高达99.04%。

可调谐光纤滤波器技术是波分复用系统的关键技术之一，对于发展全光通信网络和光纤传感具有极其重要的意义。提出了一种基于大芯径的多模光纤可调谐带阻滤波器，其制作方法是将包层/纤芯直径为125/105 μm的特种多模光纤通过单模光纤接入光纤系统，实现单模多模单模（SMS）光纤结构，并使一端单模光纤与多模光纤熔接，另一端只是共轴对接而不焊接。在多模干涉原理的基础上，利用该结构对应变的敏感性实现可调谐光滤波。该可调谐滤波器的调制和解调借助于放大自发辐射（ASE）宽谱光源和光谱分析仪（OSA）实现。详细给出了该滤波器的理论仿真分析，并实验证实了该方案的有效性。

在大气激光通信中捕获对准跟踪（APT）是通信成功的前提。对空间激光通信中的捕获对准跟踪系统常用的两种光束定位探测器件CCD和四象限光电探测器(QD)的特性进行了深入分析，研究了影响大气激光通信跟踪系统性能的5种大气湍流效应，分别讨论了光束漂移、光强起伏、光斑弥散、到达角起伏及光束扩展的原理及对应仿真结果。结合大气湍流和探测器，针对质心跟踪算法和形心跟踪算法进行深入分析，得到并实验验证了在大气条件下形心算法的跟踪误差小于质心误差的结论。

采用聚焦的红外飞秒激光对紫外激光刻写的Ⅰ型光纤布拉格光栅(FBG)分别进行了单点和扫描式曝光实验，重点研究了飞秒激光脉冲能量远低于光纤的损伤阈值情况下，脉冲激光对光栅光谱的影响。实验发现，激光单点照射栅区任意位置时，照射过程中的光谱有较大红移，且光谱结构不再是单透射峰而是不规则的多透射峰；然而照射结束后的布拉格波长蓝移且光栅透射率增加，随着曝光时间的增加该变化逐渐趋于饱和。通过建立非均匀温度场扩散模型，激光诱导的折射率变化会叠加在原光栅的折射率调制分布上，理论仿真了不同曝光时间后和曝光过程中的光谱变化，与实验结果非常吻合。

提出了一种基于强度检测的包层模谐振特种光纤传感系统。包层模谐振特种光纤是一种新型的传感元件，对折射率和弯曲等物理量十分敏感。利用它的光谱滤波特性，结合分布式反馈激光器的窄带光谱，可将传感参量改变而引起的光谱移动，最终转化为光强度的变化。在该传感系统中设置了参考光路，抑制了光源波动对实验结果的影响。分析了传感系统中其他影响传感精度的因素。这种方法基于光强度的测量，采用全光设计，无需机械部件调谐，具有方法简单、成本低廉等优点。通过实验，实现了0.0005 R.I.U.(单位折射率)的解调精度。

非线性光纤环形镜（NOLM）在不同抽运条件下具有不同的连续波开关特性，当单抽运NOLM在抽运峰值功率大于开关阈值功率时具有反转抽运脉冲峰的特点，在抽运脉冲上升与下降沿处各产生一个脉冲输出；当使用双脉冲抽运在两抽运脉冲除峰值功率和波长不同外其他参数一致时，透射输出由两个脉冲的峰值功率差决定，具有脉冲峰值功率比较作用。基于NOLM的这两个特性设计了全光分离两光功率水平信号的方案。利用光子学仿真软件进行了数值仿真，结果显示二光平信号被成功分离，并分别加载到不同波长上。实现了高功率级无基座脉冲输出，表明该方案也具有消除脉冲基座的能力。

提出了一种单模光纤(SMF)与毛细管光纤耦合的有效方法，研究了两种不同结构毛细管光纤与单模光纤的耦合问题。通过对单模光纤与毛细管光纤熔点处进行熔融拉锥实现了单模光纤与毛细管光纤之间的高效耦合。对该耦合方法的耦合机理及耦合光传输特性进行了研究、对比，并通过实验对理论预测进行了验证。该耦合技术具有简便易行、耦合效率高的特点。

分析了60 GHz正交频分复用-光载无线通信(OFDM-RoF)系统中OFDM信号经光纤传输后在光电检测时存在的子载波间互拍干扰(SSBI)现象。提出使用交叉型训练序列结构的OFDM信号来降低SSBI的影响。实验证明，在无色散补偿的情况下，2.5 Gb/s交叉型训练序列结构的基带OFDM信号在58 GHz毫米波系统中经光纤传输20 km后，在误码率为10-3时，其功率代价仅为0.5 dB，而连续型训练序列结构OFDM的功率代价为2 dB。说明基于交叉型训练序列结构的OFDM信号的传输性能在抵抗SSBI方面要明显优于连续型训练序列结构OFDM信号。

提出了在光纤水听器时分复用系统中采用3×3耦合器解调信号的一种新算法。在该方案中，光纤水听器仍为2×2耦合器结构，3×3耦合器作为匹配干涉仪，利用其三路输出的线性组合和数字反正切技术实现信号解调，解调中使用的参数通过奇异值分解和椭圆拟合得到。该方案不需要载波调制，可实现光纤水听器近似等臂干涉，有利于抑制系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器，解调的动态范围很大。最终利用该方案实现了两路光纤水听器时分复用的实验系统，在1 kHz时，系统的噪声本底为31 μrad/Hz，动态范围超过125 dB，串扰小于64 dB。

从麦克斯韦方程出发，推导了长周期光栅耦合器在折射率、增益、损耗复合调制下完整的耦合理论模型。在此基础上，详细分析了该复合调制长周期光栅耦合器直通与交叉臂间的功率耦合和多波长滤波特性。结果表明，当增益/损耗调制与折射率调制作用相等时，复合调制长周期光栅耦合器具有单向非互易的功率耦合特性，而且随着多波长复用信号输入光纤和输入方向的不同，具有不同的上下话路滤波特性。在增益调制作用下，满足相位匹配条件的信号不仅可有效地耦合到交叉臂下话路输出，还能得到明显的放大；但当损耗调制时，直通与交叉臂中的信号功率均保持各自的初值，而且不再具备波长选择滤波能力。

采用旋涂法制备了若丹明6G（Rh6G）和若丹明B（RhB）两种染料掺杂的DNA-CTMA复合薄膜，并通过对薄膜的表面形貌、紫外/可见/红外吸收光谱、荧光光谱特性的测量，表征了薄膜的成膜质量及光谱特性。通过NdYAG脉冲激光器的倍频光激发，研究了不同比例荧光染料掺杂DNA-CTMA薄膜的放大自发辐射（ASE）现象并做了理论解释。实验结果表明，在波长为532 nm的脉冲激光抽运下，Rh6G/RhB/DNA-CTMA薄膜的发射谱出现了明显的窄化现象，而且比单一染料掺杂DNA-CTMA薄膜的发射谱呈现出较大的光谱调谐范围，是一种较好的有机聚合物激光材料体系。

用溶胶-凝胶法分别将3种不同的偶氮材料与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)掺杂，并制备成旋涂膜，测量了薄膜的厚度、折射率和紫外-可见吸收谱。用实时电晕极化装置测量了3种薄膜二次谐波产生(SHG)强度随时间的变化关系。实验结果表明，含有不同取代基的偶氮材料，取代基给(受)电子能力越强，导致微观一阶超极化率β越大，β越大决定了偶氮分子越容易被极化，最终导致宏观二阶非线性光学特性越大。3种偶氮分子的有效倍频系数分别为0.748，0.794，4.420 pm/V。

为了减少激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力，提高涂层与基材的结合强度，设计了一种稀土活性生物梯度陶瓷涂层，采用宽带激光熔覆技术，在TC4合金上制备了含HA+β-TCP稀土活性梯度生物陶瓷复合涂层。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、模拟体液（SBF）以及电化学分析仪等手段对涂层组织结构、生物活性及耐腐蚀性进行了研究。结果表明，生物活性稀土梯度涂层分为基材、合金化层以及生物陶瓷层3个层次，且各梯度层之间均为良好的化学冶金结合；稀土氧化物Nd2O3在宽带激光熔覆生物陶瓷的过程中具有催化合成HA+β-TCP的作用，且当Nd2O3质量分数为0.6%时，催化合成HA+β-TCP的量最多；当Nd2O3质量分数为0.4%～0.6%时，涂层的耐腐蚀性最好且涂层表面沉积的磷灰石相的量最多，具有最佳的生物活性。

将白光偏振干涉和迈克耳孙干涉仪相结合，提出了一种利用空间白光干涉图测量波片延迟量（包括级次信息）的方法。白光偏振干涉系统产生两束振动方向相同的线偏光，进入迈克耳孙干涉仪后分别被两干涉臂的平面镜反射，并两两干涉，在空间形成3组白光干涉包络。当被测件为多级波片时，根据白光干涉包络之间的光程差就可求得被测延迟量；当被测件为低级次波片时，利用白光干涉信号相位的改变量计算出延迟量的值。实验分别测量了多级波片和零级全波片的延迟量，其结果与使用光谱扫描法测量得到的结果均相吻合。

提出了一种与快轴方向无关的λ/8波片(EWP)相位延迟量实时测量方法。准直激光束经过圆起偏器(CP)和被测λ/8波片后形成测量光束，测量光束由二维正交光栅(2DOG)分束形成4束衍射子光束，它们经过检偏器阵列(AA)后由光电探测器阵列(PA)接收，利用探测到的4个光强信号可以实时测量被测λ/8波片的相位延迟量，且测量结果不受激光器光强波动的影响。实验中，标称值为45°、精度为λ/300的被测λ/8波片在不同快轴方向上的相位延迟量的测量平均值及其标准差分别为45.1°和0.4°。相位延迟量的测量平均值、标准差与被测λ/8波片的相位延迟量标称值、精度相符，很好地验证了该方法的有效性。

针对点衍射干涉仪(PDI)的小孔衍射波前，提出了一种基于扩展奈波尔-泽尼克(Nijboer-Zernike)(ENZ)理论进行超高精度检测的方法。描述了点衍射干涉仪的工作原理和基于扩展Nijboer-Zernike多项式的相位恢复算法。分析了对光瞳函数利用Zernike多项式展开的方法。仿真实验中，当信噪比(SNR)为55 dB，采用10 bit模数转换时，得到的Zernike系数中代表波像差的虚部的恢复误差不大于3×10-5。从噪声和模数转换的角度通过模拟实验显示这种方法对实现小孔衍射波前超高精度的光学检测具有可行性。

阐述了对玉石亚表面结构进行检测的频域光学相干层析(OCT)成像系统，以迈克耳孙干涉仪与光谱仪为主体，中心波长830 nm的超辐射发光二极管作为光源，纵向分辨率10 μm，横向分辨率15 μm，成像深度2 mm。实验结果验证了光学相干层析技术可以对玉石亚表面结构进行定量检测，利用数字图像分析技术可以计算出缺陷的精确位置以及尺寸大小，同时提出了玉石材质的评价方法，并且通过与扫描电子显微镜(SEM)检测的对比分析，进一步证明了光学相干层析可以成为检测玉石亚表面结构的新的技术途径。

针对已有线宽检测方法在窄线宽激光器测量中存在的缺陷，提出一种利用非平衡光纤干涉仪相位噪声测量并计算线宽的方法。理论分析了短程差非平衡干涉仪相位噪声与窄线宽激光器的光频噪声的关系，得到了激光器的光波功率频谱和线宽。利用臂差为10 m的光纤干涉仪对窄线宽分布反馈激光器进行测量，结果表明激光器光波功率谱有近似的洛伦兹线型且线宽为5.4 kHz，与5 kHz的理论值相近。窄线宽光纤环形腔激光器的线宽测量结果为0.75 kHz，比用零拍法测量到的同类型激光器低于1.5 kHz的结果更精确。

利用可调谐半导体激光器吸收光谱（TDLAS）燃烧诊断技术，开展了吸气式发动机来流热试实验燃气温度、H2O组分浓度和气流速度测量。选用1392 nm和1395 nm分布反馈式（DFB）半导体激光器，构建了交叉光束时分复用（TDM）系统，通过扫描波长方法，交替调制两个激光器以获得燃气双吸收谱线中心（7185.597 cm-1和7168.437 cm-1）附近吸收光谱。根据双线测温原理，通过双线积分吸收率比值推断燃气静温，并由此温度测量值，结合单线积分吸收率计算燃气中H2O组分浓度，此外，根据成70°夹角双激光束吸收中心的多普勒频移量计算气流速度，从而实现了发动机燃气参数的非接触式和实时在线测量。

动态定量观察生物样品对生命与生物科学研究具有重要意义。研究了一种适用于长期定量观察生物活细胞的数字全息相衬显微成像方法。针对实际生物细胞显微观察中通常生物样品处于半封闭状态，设计了一种光纤与空间光混合的全息记录光路。针对长期观察过程中光学系统和细胞培养基引起的相位畸变，通过在全息面和成像面分别进行像差校正，获得高质量的样品相衬图像。并对造骨细胞MC3T3-E1和骨细胞MLO-Y4进行了长时间的显微观察实验，验证了该方法。

通过实验研究了阈噪比(TNR)不变时信噪比(SNR)对激光雷达测距特性的影响，结果表明，信噪比远高于阈噪比时，激光雷达测距数据的离散分布服从正态分布，且随着信噪比的降低，测距数据离散分布逐渐偏离正态分布，呈现上升沿陡下降沿缓的形式；当信噪比接近阈噪比时，测距数据的离散分布又逐渐趋向于正态分布，但此时激光雷达的漏测率迅速增加。在此基础上，采用置信概率68.2%对应置信区间的一半来衡量激光雷达的测距精度，并给出了测距精度计算方法，它能更准确地表征激光雷达测距数据的密集度，具有更好的普适性。

实验和理论研究了混沌激光雷达的抗干扰性能。利用光反馈半导体激光器混沌激光雷达样机，分别研究了其对混沌激光信号、连续波调制雷达信号和脉冲雷达信号的抗干扰能力。实验与数值模拟结果表明，在不采取任何抗干扰措施的情况下，混沌激光雷达对同种体制混沌信号干扰以及不同种体制的正弦调制激光信号和脉冲激光信号干扰都有较大容忍限度，具有天然的抗干扰能力，且其测距精度在混沌激光雷达样机量程范围内不受干扰信号影响。分析了利用简单平均算法进一步提高混沌激光雷达抗干扰性能的可行性。

伺服控制器是光存储控制系统的基础，通过比较光学读取头下一时刻的位置指令和光电探测器探测的当前位置信号，经伺服控制器处理后输出电压信号，可以驱动电机带动光学读取头运动。为规避传统的经典控制方法，基于滑模变结构控制理论，设计出一种新型的光存储伺服控制器。该控制器对受控对象进行物理建模，建立受控对象的状态空间方程，设计相应的滑模切换面函数、滑模趋近律，从而得到内外环滑模变结构控制律。仿真结果显示，对比基于传统相位校正理论的伺服控制方法，其控制器阶跃响应的超调量和调节时间均较小，在增加有限的资源开销情况下，该伺服控制器具有更好的响应速度和稳定性能。

为了减小高功率激光装置中高压干扰电信号对触发脉冲信号的影响，提出了一种可抗干扰、低时间抖动、快上升沿、高精度的光电触发模块。它由发射模块和接收模块构成，发射模块和接收模块之间通过光纤连接。由于触发信号以光信号的方式传送到终端，因此传输过程中触发信号不会受到电干扰信号的影响。该触发模块输出脉冲的上升沿为4.8 ns，对触发信号引入的时间抖动峰峰值约为317 ps，可以为输入阻抗为高阻或50 Ω匹配的被触发仪器提供4 V左右的逻辑门电路（TTL）输出电压，满足高功率激光装置的要求。