讨论了单口径光纤激光的优势与局限，分析了目前主要采用的基于信息系统的几种光纤激光合成技术的高功率定标放大能力,提出了基于量子系统的光纤激光合成的概念，对未来的光纤激光量子合成系统进行了构想和展望，认为这一系统在百千瓦甚至兆瓦级超高亮度激光领域具有巨大的发展潜力。

报道了石墨烯材料作为可饱和吸收体的被动锁模、被动调Q掺镱全光纤激光器。采用环形腔结构，在抽运功率为1.2 W时，有稳定的重复频率为1.04 MHz的自锁模脉冲发生，平均输出功率为46 mW；当抽运功率增加到2.3 W 时，平均输出功率为170 mW，相应的单脉冲能量高达163 nJ，脉冲宽度约为680 ps。采用线形腔结构，实现了石墨烯被动调Q激光脉冲输出，其重复频率在140~257 kHz可调，最窄激光脉冲宽度为70 ns，最大平均功率为12 mW，相应最大单脉冲能量为46 nJ。

为了实现多芯光纤激光器的单模输出，提出一种新的选模机制，即利用单模光纤进行选模。采用单模光纤和全反镜相结合作为选模器件，可以使6芯光纤激光器中同相位超模的耦合效率远远大于其他高阶超模，从而使高阶超模得到有效的抑制，实现高亮度的同相位超模单模输出。为了提高同相位超模的耦合效率，可以进一步优化单模光纤纤芯尺寸，同时调节单模光纤和6芯光纤之间的间隙距离。将同相位超模的耦合效率代入速率方程进行理论模拟，证明输出功率和耦合效率之间的必然联系，结果显示同相位超模输出功率随着耦合效率的增大而增大，得到单模输出的最大光光转换效率为63.7%。

报道了6H-SiC衬底外延生长的石墨烯作为可饱和吸收体，环形腔结构的全正色散被动锁模掺镱光纤激光器。在注入抽运功率为250 mW时，得到稳定的重复频率为1.05 MHz的自锁模脉冲，平均输出功率为6 mW；当注入抽运功率增加到480 mW时，最大平均输出功率为20 mW，相应的最高单脉冲能量为19 nJ，激光脉冲宽度约为520 ps。

推导了三孔干涉条件下的交叉谱密度矩阵，研究了该条件下部分相干光偏振特性的变化情况。比较了x、y方向场分量不相关和相关的情况，并与同样条件下双孔干涉的偏振度变化进行了对比。研究表明，偏振度在观察面上是振荡变化的，离中心越远振荡越剧烈；不同位置的偏振度传输足够长的距离后都将趋于稳定，其稳定值与参量Bxy和δxy有关，且离中心越远其偏振度达到稳定的传输距离越长；轴上偏振度与三孔的初始相干度是密切相关的。特别指出，当x、y方向场分量相关时，对应点偏振度的值远远大于其不相关的情况。

大功率半导体激光器一般用作抽运源，但其抽运的离子吸收峰带宽一般都比较小。为提高大功率半导体激光器对固体或光纤激光器等的抽运效率，就要降低半导体激光器的输出波长随注入电流和热沉温度的漂移系数。分析了光栅深度和光栅填充因子对激光器输出波长锁定效果的影响，实验验证确定出合适的光栅参数，依据优化条件得出合适的激光器腔长，制备出锁定效果良好的宽条分布反馈激光器。该激光器的单管腔长2.4 mm，发光条宽100 μm，连续最大输出功率400 mW，热沉温度为15 ℃时的输出波长为954 nm，输出波长随注入电流的漂移系数为0.67 nm/A，输出波长的温漂系数为0.046 nm/K。

固体激光器中热效应引起的波前畸变影响了高光束质量、高功率的激光输出，限制了它在当代工业加工和科学研究领域的应用发展。以激光波前畸变的产生机理和传导冷却端面抽运板条激光器的优势为切入点，利用哈特曼夏克(H-S)波前探测器进行一系列的波前畸变测试。通过对静态波前畸变量、输出功率百瓦量级时的波前畸变量和输出功率千瓦量级的波前畸变量等结果进行数据分析，对实验进行反馈，提出改进意见，以期望进一步减少传导冷却端面抽运板条激光放大器的热效应。

针对常温工作条件下利用磷酸氧钛钾（KTP）晶体对钇铝石榴石（NdYAG）晶体1319 nm激光三倍频产生440 nm蓝色激光的实验，对三倍频KTP晶体的相位匹配角进行了理论计算和实验研究。通过多组色散方程得到KTP晶体的相位匹配角，并计算出相应的有效非线性系数。选取一组结果（θ=84.6°，φ=0°）对KTP晶体切割，利用一台1319 nm激光器，将晶体放入腔中，采用旋转晶体偏角和调节温度的方法寻找出三倍频KTP晶体最佳匹配角度（θ=85.04°，φ=0°）。该晶体经过重新切割，440 nm蓝色激光输出的光束强度有了明显的提高，最佳工作温度为18 ℃。

商用的半导体激光器由于其长期漂移大，不能满足单离子光频标中离子的激光冷却和长时间探测的目的。因此，采用了传输腔稳频技术减小商用397 nm半导体激光器的长期漂移。利用经过Pound-Drever-Hall (PDH)技术锁定的729 nm超稳激光器作参考激光，采用扫描的法布里珀罗(F-P)干涉仪作传输介质，实现了397 nm半导体激光器的长稳锁定。稳频后397 nm激光器在1 h内的漂移小于1 MHz，100 s的Allan方差小于1×10-10。这些指标为下一步利用传输腔技术实现866 nm激光的长稳锁定打下了基础，同时为优化单个钙离子的激光冷却和长时间精密测量提供了条件。

提出了一种基于能动分块反射镜(ASM)的激光阵列相位控制新方法，用以解决激光主振荡功率放大(MOPA)器相干合成技术中的空间光束倾斜校准与输出端相位调制两大关键问题。介绍了7单元能动分块反射镜实现空间光调制的原理，并采用该器件成功验证了7路光束合成的方案。实验采用六棱反射锥进行光束合成，并采用两套控制回路分别实现了倾斜与平移校正，获得了小于25 μrad和λ/10的校正精度。闭环后，获得了主瓣占总功率31.73%的高质量相干耦合激光输出。

采用脉冲调制的单模带尾纤输出的半导体激光器作为种子源，以掺镱光纤为增益介质，采用主振荡功率放大（MOPA）结构，实现了1030 nm全光纤脉冲激光放大。脉冲重复频率在50~100 kHz范围内可调，在重复频率50 kHz时，实现了脉冲宽度为6.53 ns，峰值功率为16.08 kW的脉冲输出，相应的斜率效率为69%，输出激光的中心波长在1029.49 nm。实验还研究了不同重复频率下输出激光脉冲的时域特性。该激光器的输出波长在激光雷达探测器的光谱响应范围内，可作为激光雷达发射光源。

针对980 nm激光波长设计了InGaAs/GaAsP材料多周期增益量子阱结构。垒层采用带隙更宽的GaAsP材料代替常规GaAs，改善了效率随温度升高而降低的问题，同时又能满足长寿命激光工作的需要。周期增益量子阱结构提高了有源区的单程增益，降低了阈值，提高了输出功率。制作出新结构的集成单元数为4×4,单元直径30 μm的阵列器件，工作电流为5.88 A时连续激光功率达到2 W；窄脉冲宽度1 μs,重复频率100 Hz,工作电流60 A时输出功率达到30 W，且均未达到饱和状态。此阵列器件在工作电流为1～4 A时发散角半宽均小于16°。利用加速老化方法对阵列器件的寿命进行了测试，推算出30 ℃的寿命可达5280 h以上，并分析了影响大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)可靠性的主要因素。

采用激光技术对Cu基材进行表面强化处理。使用扫描电镜(SEM)、电子能谱计(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对强化表面进行显微组织和物相分析，并测试了样品的显微硬度、耐磨性能和导电性能。结果表明，激光强化层无裂纹，组织细小均匀、呈快速凝固特征，强化层具有较高的硬度(平均硬度为625 HV0.1)和良好的耐磨性，其磨损失重仅为纯Cu基材的1/5，而激光表面强化使导电性略微降低。激光表面强化层硬度和耐磨性的提高可归因于颗粒强化、细晶强化和固溶强化的共同作用，而导电性的降低程度主要受稀释率的影响。

对AZ31B镁合金中心缺口试样进行激光喷丸强化(LSP)处理，并进行拉-拉疲劳试验。通过研究激光喷丸前后表面完整性的变化规律，发现喷丸后AZ31B试样以滑移和孪生两种方式产生塑性变形，表面及深度方向显微硬度较基体提高50%左右，喷丸区表面残余压应力值达到-126.29 MPa，晶粒内部出现大量滑移线和孪晶，晶粒明显细化。通过测量加载点轴向载荷和轴向位移分析了激光喷丸前后的疲劳性能，并比较激光喷丸前后疲劳断口形貌特征，发现喷丸后试样表面没有产生明显的疲劳裂纹源，残余压应力使裂纹尖端的实际应力强度因子降低，提高了疲劳裂纹萌生和扩展抗力，疲劳裂纹扩展路径较未处理试样更为曲折，最终断裂区韧窝尺寸比未喷丸件更大更深，表明激光喷丸后试样的塑性有所提升。

为研究激光冲击强化(LSP)过程中激光诱导冲击波的时空分布规律，在对比分析有限元仿真的基础上，探索采用光滑粒子流体动力学(SPH)对激光冲击强化的物理过程进行仿真，并设计了冲击波测试平台，对仿真结果进行了初步试验验证。结果表明，SPH模型演化物理过程明显，计算结果和试验结果相似度高，为激光冲击强化物理仿真提供了一种新的研究思路和方法。

通过建立单道折线扫描数学模型，推导出了折线扫描拐角处重叠区域数学描述，从理论上对激光立体成形(LSF)表面质量的影响因素进行了分析，并得出影响折线扫描路径试样表面质量的主要因素是折线角度和扫描速度的结论。建立了适用于激光立体成形件表面质量预测的人工神经网络(ANN)模型，以激光立体成形过程中扫描速度和折线的角度为模型输入，输出成形件表面质量评估参数。经过实验数据训练后的神经网络模型可以实现对不同扫描速度及不同扫描角度成形件表面质量的预测，网络预测值和试验测得值之间的均方差(MSE)小于0.01。

采用有限元方法(FEM)建立了金刚石压砧(DAC)加载下脉冲激光激发超声波的数值分析模型。数值模拟了高压下样品中的瞬态温度场和超声位移场，得到了激光垂直照射下入射点异侧不同位置处的超声波波形，分析了超声位移场随时间变化的特征。结果表明，在DAC加载下，热弹作用产生的超声波具有明显的指向性，其纵波能量主要集中于激光入射方向附近，而横波的能量集中于偏离激光入射点30°~55°的倾角之间。上述特征与自由面热弹作用结果差异很大，而与自由面烧蚀作用结果相似。

研究了不同激光参量组以及激光与铝合金相互作用产生物对条码等级的影响，寻找适合工业应用的最优激光参量组。实验采用NdYAG激光器作为加工源，通过调节搭配激光四参量实现3136种不同功率密度激光在铝合金表面标识二维码，并使用INTEGRA条码检测仪对标识条码进行分级。统计分析条码等级分布推得最优加工参量组为：有效矢量步长0.005~0.009 mm，有效矢量步间延时29~43 μs，Q驱频率7~10 kHz，Q驱释放时间13~19 μs。同时分析两组激光参量加工模块的扫描电镜(SEM)图片和能谱(EDS)数据，推知激光与铝合金相互作用的4个阶段，从微观上解释了激光参量与材质对条码等级的影响。

激光熔覆所用粉末材料的制备方法主要是雾化法。为探索激光熔覆专用材料的制备新方法，将以单元素粉末的形式，按照19Cr-14Ni不锈钢的成分来配制混合粉，并将该混合粉机械合金化45 h，在45#钢板上分别将采用上述两种不锈钢粉末进行激光熔覆。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）/能谱仪（EDS）、腐蚀电化学等方法研究熔覆层的相组成、微结构和耐蚀性。结果表明，与雾化粉体激光熔覆层相比，机械合金化粉体激光熔覆层的枝晶得到细化，其组织呈连续网状分布，Cr元素的枝晶间偏析得以改善；与雾化粉体相比，机械合金化能提高粉体熔覆层的耐蚀性能，但其硬度略有降低。

采用预置涂层和同轴送粉激光熔覆方法，分别以Ta/W混合粉末和纯W粉末为熔覆材料，纯Ta为基底，在Ta板上制备Ta-W合金涂层，对难熔金属材料的激光熔覆工艺方法进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及显微硬度计对两种方法所制备熔覆层的微观组织和显微硬度进行了分析。结果表明，预置粉末法激光熔覆层厚度均匀，稀释率低，涂层内部为粗大的Ta-W合金固溶体组织，熔覆层平均硬度为1500 HV，高于基底10倍。同轴送粉法激光熔覆层与基底呈良好的冶金结合，熔深较大，涂层内部为致密细小的树枝状Ta-W合金固溶体，均匀分布于Ta中。涂层平均硬度为800 HV，为基材的5倍。

通过在Fe基合金粉末中添加Cr3C2的方法，在35CrMo钢表面激光熔覆制备抗高温氧化Fe基合金复合涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析手段对激光熔覆层600 ℃氧化100 h后的氧化膜形貌及成分进行分析，研究不同Cr3C2含量对抗高温氧化性能的影响。结果表明，激光熔覆Fe基合金涂层组织均匀致密，与基体结合良好，无裂纹、气孔等缺陷。在600 ℃下，Fe基合金涂层和添加Cr3C2的Fe基合金涂层的抗高温氧化性能均明显优于基体，其累计氧化增重及增重速率远远小于基体。Fe基合金熔覆层600 ℃氧化后表面形成了FeCr2O4尖晶石氧化物，具有较好的抗氧化能力。由于添加的Cr3C2熔覆过程中发生分解，使熔池中Cr元素含量提高，高温下试样表面形成连续完整的Cr2O3氧化膜，故添加Cr3C2的熔覆层的抗高温氧化性能提高。

进行了LD抽运声光调Q Nd:YAG激光器用于轧辊毛化的研制和毛化实验情况的研究。在毛化点阵密度为4 mm×4 mm的要求下，用该激光毛化装置对铬基轧辊毛化，实现了2.8 kHz的频率条件下，粗糙度在6 μm范围内可调，5.6 kHz的频率条件下，粗糙度在4.5 μm范围内可调的优良毛化性能。实现了粗糙度大范围可调、高效率、长寿命和低运行成本的LD抽运Nd:YAG激光毛化装置的成功研制。

采用CO2激光器在H13钢基体上制备了Ni+h-BN自润滑复合涂层，利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段分析涂层组织和相组成，利用显微硬度计和M200型摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和摩擦磨损性能。结果表明，Ni+5%h-BN(质量分数，下同)涂层主要是γ-Ni基体上分布着条状Cr2N相和少量不规则块状CrB相；Ni60+10%h-BN组织主要是短小的杆状CrB相；Ni60+15%h-BN涂层组织为类树枝晶CrB相。随着h-BN含量的增加，Ni+h-BN涂层的显微硬度增大，摩擦系数减小。其中最高显微硬度可达1200 HV0.2，约为基底的4倍。Ni+h-BN涂层的摩擦系数和磨损失重量较Ni60涂层显著降低，最小的磨损失重量仅为基体的6%。

基于“光束中空,光内送粉”的专利技术，采用新型光内同轴送粉装置，在45#钢基体上进行变径回转体堆积。分别对变径回转体斜度、Z轴增量及功率进行控制，并分析各自的影响：斜面堆积中倾斜角度与偏移量、扫描速度成正相关，与送粉速度和粉末利用率成负相关，极限倾斜角度与偏移量成正相关，与熔覆层高度成负相关；随着堆积的进行，粉末利用率降低，离焦量变大；在高层熔覆堆积过程中，熔池由三维散热变为二维散热，散热降低，熔池温度上升，应相应减小功率。得到的成型件外观光滑、粗糙度低、成型质量较高，为变截面的三维堆积试验提供参考。

研究了低强度810 nm半导体激光（LIDL）对肿瘤坏死因子α(TNF-α)抑制的NIH3T3成纤维细胞时钟基因表达的调节作用。马血清休克2 h的细胞用质量浓度为10 ng/mL的TNF-α孵育，分别用不同剂量的LIDL照射一次。结果表明LIDL可以调节TNF-α对NIH3T3成纤维细胞时钟基因表达的抑制作用，而且这种调节作用可能是通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸辅酶与其还原形式的比值（NAD+/NADH）和Ⅲ型组蛋白去乙酰化酶1（SIRT1）实现的。

报道了双芯掺铒光纤(TC-EDF)的研制工艺，采用改进化学气相沉积（MCVD）和光子晶体堆积工艺成功试制出单芯掺杂型双芯掺铒光纤。利用耦合模理论和速率方程数值模拟了信号功率在双芯掺铒光纤中的传输并分析了双芯掺铒光纤的增益均衡特性；同时制作了双芯掺铒光纤放大器(EDFA)并进行实验测试。结果表明，双芯掺铒光纤具有良好的增益均衡特性。

为了克服光源频率调制深度、信号相位延迟、伴生调幅等参数对基于正交项解调的相位生成载波(OT-PGC)解调方法的影响，提出一种基于固定相位延迟的PGC检测方法(FPD-PGC)，采用3×2耦合器产生固定相位延迟，分别利用两路信号的倍频信号进行解调。详细阐述了该方法的检测原理，分析了关键参数的影响。当伴生调幅系数为0.4时，仿真对比了FPD-PGC方法与OT-PGC方法的解调性能，结果表明新方法谐波比提高30 dB以上，系统信噪比(SNR)也有显著改善。对实际信号进行解调，得到了类似结果。分析及实验表明该方法完全消除了信号相位延迟的影响，较好地抑制了调频深度和伴生调幅的影响。

采用两次光调制技术将非归零(NRZ)码数据转换成归零(RZ)码光信号后，利用光纤参量振荡器(FOPO)结构实现了较低光功率抽运下的参量波长转换和时钟提取功能。实验表明，对于波长转换间隔为1.6 nm的10 Gbit/s时钟提取，优化的输入抽运光功率范围是8~14 dBm；当输入信号的幅度抖动和相位抖动分别大于2.28 mV和3.5 ps时，该时钟提取系统可实现抖动抑制功能，其输入/输出抖动转移曲线斜率约为0.29和0.16。

为了研究时变湍流对跟瞄过程中动态平移的光斑定位和跟踪精度的影响，采用改进的逆傅里叶变换方法构造了体现大气湍流特性的随机相位屏，模拟仿真分析了不同强度时变湍流影响下光斑动态平移时探测器感受到的光斑质心与光斑实际质心之间的跟踪偏差、定位偏差与光斑在探测器上位置之间的关系，以及湍流强度对光斑质心定位精度的影响，给出了统计偏差曲线。结果表明，在时变大气湍流的影响下，光斑整体动态平移过程中实际质心的移动距离与接收端探测器感受到的光斑质心移动距离存在一个跟大气湍流强度成正比的偏差。动态平移过程中光斑质心的平移跟踪偏差与定位精度、大气湍流强度以及光斑在接收终端探测器上的位置有关。

提出一种基于级联长周期光纤光栅（CLPG）的光纤布拉格光栅（FBG）振动传感器动态解调方法。宽带光源发出的光经FBG反射后，进入到CLPG，经过CLPG调制后FBG反射光强会发生变化。通过温度测量实验对监测系统进行静态标定，再将FBG传感器粘贴于铝板表面，采用该系统监测简支铝板结构在低频和高频下的振动信号。系统采集到的动态信号时域波形及频谱与涡电流位移计的测量结果相吻合，表明该监测系统可实现2 kHz以下的动态信号测量。

采用理论推导和数值模拟相结合的方法研究了脉冲在指数渐增的非线性渐增光纤(NIF)中的自相似演化。结果表明，与双曲渐减的正色散渐减光纤(ND-DDF)类似，利用指数渐增的NIF也可获得具有严格线性啁啾的抛物线型自相似脉冲。同时深入研究了ND-DDF和NIF两种增益等效方式对自相似演化特性的影响，结果表明:1) 等效增益决定了脉冲自相似演化的结果，等效方式决定了脉冲自相似演化进程快慢；2) 在具有相等的等效增益条件下， 脉冲在指数渐增NIF和双曲渐减ND\|DDF中演化为相同的自相似脉冲，但是前者对脉冲的自相似演化更高效，即前者实现自相似演化所需光纤长度更短；3) 两种增益等效方式所需光纤长度的关系是使得各自具有相同的光纤“有效放大因子”。

基于带有寄生参数的发光二极管（LED）Shockley方程，结合具有饱和特性的固态功率放大器的幅度传输模型，构建了可见光通信系统中LED的双向饱和非线性模型。基于该模型，通过蒙特卡洛仿真分析了LED非线性对采用正交频分复用（OFDM）的可见光通信系统（VLC）性能的影响。分析结果表明OFDM的VLC系统性能受LED I-V特性非线性、直流偏置电压、基带调制方式、调制信号切顶比率及方式的直接影响。

采用时域有限差分法（FDTD），在微米量级下，模拟了微纳光纤对于光束质量的改善情况。实验中所使用的微纳光纤是采用火焰熔融拉锥法，将单模光纤熔融拉锥制成的，并采用CCD测量光束质量因子M2，对比测量了光束通过普通单模光纤和熔锥微纳光纤的光束质量。实验结果显示，与普通单模光纤相比，熔锥微纳光纤可以改善光束质量。实验与FDTD模拟计算得到的结果相一致。

理论分析了偏振模式耦合的原理，给出了基于白光干涉的偏振耦合检测方法。通过步进电机控制迈克耳孙干涉仪扫描臂的反射镜移动，改变干涉仪两臂之间的光程差(OPD)，补偿了由于偏振耦合而形成的两偏振光从保偏光纤(PMF)出射时的光程差，实现了对保偏光纤的偏振耦合强度和位置的测试。扫描过程中扫描臂反射镜的振动会对输出信号产生不良影响，对此振动信号进行了仿真及实验研究，分析了它对输出信号的影响。在不同的扫描速度下，采用Hilbert变换和最小二乘高斯非线性回归分析提取白光干涉包络，求解耦合强度，验证了振动信号的幅度和频率与扫描速度有关，以及它对耦合强度检测精度的影响。结果表明该测试系统动镜的扫描速度在0.7~0.9 mm/s时，偏振耦合强度的检测误差最小。

GaN发光二极管因其寿命、效率和环保等优点得到了广泛的应用。寿命问题一直是限制GaN发光二极管应用的核心问题。为了研究GaN发光二极管的老化过程，计算了GaN发光二极管物理参数，分析了GaN发光二极管的深能级缺陷和非辐射复合中心增加的老化原理，并且针对该原理的老化过程进行物理原理的分析推导，进而建立了老化数学模型。同时，利用一组实际的GaN发光二极管大应力老化实验的数据进行计算，提出了利用该数学模型的GaN发光二极管寿命的测试方法和数学计算方法，并计算出实验GaN发光二极管的寿命数值。提出的GaN发光二极管老化数学模型对比传统的阿伦纽斯模型具有针对性强、物理意义明显和寿命预测准等优点，具有很好的实际应用价值。

研制了斐索式红外干涉仪，口径为120 mm，配置F/1,F/4标准球面锗透镜，用于检测红外非球面透镜的非球面面形和波像差质量。干涉仪中采用两个红外探测器分别形成对点、测试两路成像光路，并配合光栅尺，实时监测标准镜和被测件的方位，解决了红外光不可见性带来的测试中装夹调整的困难。采用在线标定的方法，实现了大伸长量移相器的标定。使用干涉仪检测了红外非球面透镜的质量，并标定了系统误差。检测结果表明,干涉仪的测量精度均方根(RMS)值优于0.01λ，测量重复性RMS优于0.002λ。

为了保证透镜的面形精度受温度影响较小，透镜采用低应力胶粘结要优于采用机械方式装夹。首先对比了胶粘结透镜在16 ℃,20 ℃,26 ℃时透镜轴向应力大小和面形的变化。实验验证了在不同温度下，胶粘结透镜面形的峰谷(PV)值(0.073λ,0.064λ,0.085λ)要优于机械方式装夹的透镜面形PV值(0.204λ,0.108λ,0.105λ)。最后对不同温度下胶粘结透镜面形变化的理论计算、仿真和实验结果的误差进行了分析。实验结果表明在温度变化时，采用胶粘结透镜的面形精度要优于机械装夹的透镜面形精度，并且能有效控制温度变化对透镜面形精度的影响。

提出基于全局位姿评估的条纹反向视觉测量。利用带测头的摄像机拍摄二维正弦条纹，根据傅里叶分析提取的平面特征点全局评估摄像机位姿，进而测量测头的球心坐标。 摄像机的位姿评估是条纹反向视觉测量的关键技术，在测头标定和坐标测量中均需要进行位姿评估。位姿评估的误差函数包括重投影误差和物空间误差两类，两者在基于平面的位姿评估中均存在两个局部极小值，采用全局位姿评估算法可以避免误差函数陷入局部极小以高精度获取摄像机位姿，完成测头标定和坐标测量。实验结果表明，该方法可以高精度测量物体的三维坐标。

采用数字信号处理技术，设计了二频机械抖动激光陀螺抖动偏频量的实时精确获取方法。从理论上说明了采用角速率绝对值和有效值的方法都能够有效地获取抖动偏频量。详细介绍了两种方法的数字化实现方法。通过仿真实验对两种数字化实现方法进行了验证，结果表明这两种实现思路是完全可行的，得到的偏频量随频率和抖幅的变化具有较好的线性。将实时获取的偏频量作为反馈量作用于抖动环路的闭环控制中，比原来的压电陶瓷反馈具有更高的可靠性，能够克服高低温带来的偏频量的变化。

前向散射式云滴粒子探测器散射光探测效率高、结构简单，是目前50 μm以内云滴粒子探测的重要仪器之一。建立了基于前向散射原理的云滴粒子探测器，利用固定于多维调整平台的微米量级的小孔光阑模拟周期性出现于探测区域的小粒子，并沿光轴方向前后平移小孔光阑的位置，获得系统的景深。使用5，10和30 μm 3种固定尺寸的标准粒子对系统进行了标定，获得了系统对不同尺寸标准粒子的响应曲线，利用米氏散射原理计算分析了系统对标准粒子与云滴粒子响应的对应关系，利用该关系得到系统对云滴粒子的响应曲线，该响应曲线可以用于云滴粒子粒径谱的测量。

为了诊断惯性约束聚变的聚爆靶的尺寸、形状、分布和均匀性等情况，利用X射线布拉格衍射理论，搭建了基于球面弯曲晶体的X射线背光成像系统。其核心元件是α-石英球面弯晶，α-石英晶体性质稳定，结构完整，反射率和分辨率高。弯曲晶体尺寸为65 mm×20 mm，弯曲半径为143.3 mm。利用该背光成像系统进行了单色X射线背光成像实验。成像物体为3×3阵列的正方形不锈钢网格，利用接收装置磷屏成像板，得到清晰的Cr Kα X射线背光源二维空间分辨，在9.6 mm×28.7 mm的视场范围内，其像的空间分辨率大约为83.3 μm。实验结果表明α-石英球面弯曲晶体适合于X射线的背光诊断研究。

将激光诱导击穿光谱(LIBS)用于锅炉受热面材料特性分析，选用受热面常用的珠光体耐热钢12Cr1MoV，并通过热处理工艺制备了不同硬度的实验样品。选择样品中基体元素Fe和合金元素Mn、Cr、V合适的分析谱线，对比分析了不同硬度条件下离子谱线与原子谱线的强度比和等离子体温度的变化规律。实验结果表明，由于等离子体冲击波特性差异和激光烧蚀质量的变化，导致了特征元素离子谱线与原子谱线强度比随着样品硬度的增加而增强，等离子体温度随硬度的增加而升高。

为了提高激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测水溶液的灵敏度和重复性，利用激光诱导击穿光谱对水溶液中Pb元素进行检测分析。采用滤纸作为固体基质，选取Mn作为Pb的内标元素，将配置好的不同浓度的Pb溶液滴入滤纸中，比较采用内标法与无内标法定标的分析结果，表明选取Mn作为Pb的内标元素的定标曲线拟合相关系数R2达到0.998,检测限与实际测量值的相对误差较小。通过对实验系统的探测延时、门宽等参数的优化，在更低的激发能量下，经线性拟合计算得到Pb元素的检测限为3.87 mg/L质量浓度，与以往实验中利用喷流方式检测相比，检测灵敏度提高了大约10倍，而且与同类方法比较检测限也相对较低。该实验系统样品处理简单，节省检测时间，为LIBS应用到现场快速检测重金属元素提供了一种较为实际的方法。

为使嫦娥二号卫星CCD立体相机在100 km高度的圆轨上能够获取地元分辨率力为7 m的图像，设计了一种两线阵立体测绘CCD相机光学系统。介绍了两线阵立体测绘相机的工作原理。根据卫星总体的指标要求，对光学系统的主要参数进行了详细计算，确定系统的焦距为144.4 mm，视场角为42\O，相对孔径为F/9，光谱范围为450～520 nm。光学系统采用6组7片型消畸变复杂化的双高斯结构形式，在50 lp/mm奈奎斯特空间频率下平均调制传递函数为0.67。给出了嫦娥二号卫星CCD立体相机在100 km高度的首轨图像和极区图像，图像清晰、层次丰富，表明该光学系统能满足任务要求。