详细介绍了两套频差为9.2 GHz且相位锁定的Raman激光系统的产生方法、判定方法、优缺点及其在铯原子基态相干操控中的应用。通过饱和吸收谱和法布里珀罗腔的透射信号初步判断两束相位相干光频率差，通过拍频实验进一步证实了两束相干光的频率的相对稳定度。利用自由光谱区约为18.4 GHz的控温标准具把激光器锁定在相对于铯原子D2跃迁线负失谐约为10 GHz的频率上，实现了相位相干光的大频差锁定。实验上实现了单个铯原子在磁光阱(MOT)和偶极力阱(FORT)中基态超精细态的制备和检测。利用上述系统完成单个铯原子基态的任意相干叠加态的制备，从而实现量子比特。

分析了激光声信号的理论模型。建立了研究不同水深条件下激光声特性的实验平台。研究结果表明：当水体深度在0~100 m范围内逐渐增加时，激光声信号的两个相邻主峰时间间距越来越小；激光等离子体声波的峰值声压逐渐减小；空泡首次溃灭声波的峰值声压在0~20 m范围内逐渐增加，在20~100 m范围内逐渐减小；空泡溃灭声波峰值个数减少。

在全反射棱镜式激光陀螺中，谐振腔应力的来源较复杂，应力过大将影响陀螺精度。基于棱镜材料在应力作用下介电常数变化，利用琼斯矩阵和弹光效应理论，系统研究了应力双折射效应对陀螺实际输出的影响，计算获得棱镜布儒斯特角位置反射光、透射光的能量场分布，解释了反射光斑中出现干涉条纹的原因。通过改变应力场分布函数，具体模拟棱镜与腔体光胶面内存在均匀梯度应力场、集中点应力场、复杂应力场时棱镜反射光强分布情况。进行相关实验验证了模拟结果的正确性，提出设计了一种工程化的棱镜及相关产品应力检测工装。

研究分析了980 nm半导体激光器的腔面温度特性。半导体激光器腔面光学灾变损伤(COD)是限制器件寿命和高功率输出的主要因素，通过分析腔面热源，建立腔面温度分布模型，分析了腔面温度场分布。设计了以金刚石为钝化膜的腔面增透膜和高反膜，模拟和对比了镀有金刚石钝化膜与未镀金刚石钝化膜的980 nm半导体激光器腔面温度特性。分析结果表明，镀有金刚石钝化膜比未镀金刚石钝化膜的器件的腔面温度低9.0626 ℃。因此在980 nm半导体激光器腔面镀金刚石钝化膜能够有效降低腔面温度，提高腔面COD阈值。

利用超音速喷管实现化学氧碘激光器（COIL）内流场的加速降温，进而使增益有量级上的提升是激光器研究中的重大进展。但超音速内流场中存在着复杂的三维结构，流场结构与光束质量的关联机制是设计相关气动部件的重要判据。为此，采用了包含流场化学场、光场和热结构计算模块的全耦合仿真平台，数值解析了在不同流场条件下的出光性能，重点分析了内流场中不同方向上激波对近场输出光斑的影响及相互关系，从而确定了相关气动部件的优化设计方式。改善后的光束近场均匀性（F因子）提高了45%。

在基于半导体光放大器的激光器中，观察到了自锁模现象，得到了脉宽分别为30 ns和50 ns的重复频率分别为19.34 MHz和9.67 MHz的光脉冲。激光器采用环形腔结构，半导体光放大器为自锁模的关键器件，当其抽运电流为200 mA时，调整偏振控制器开始出现自锁模脉冲。实验调试过程中，还观察到了重复频率的二分频现象，即激光器输出的光脉冲的重复频率是激光器基频的1/2。半导体光放大器的偏振旋转导致了输出激光功率的变化，出现了高功率和低功率脉冲交替出现的现象，即重复频率二分频现象。

彩色锥形辐射是超短脉冲激光在非线性介质中传输时产生的一种特殊的非线性现象。实验研究了飞秒脉冲激光诱导偏硼酸钡(BBO)晶体产生的彩色锥形辐射现象，建立了彩色锥形辐射产生的物理模型，模拟了辐射角与波长的变化，分析了彩色锥形辐射的光谱特性。实验获得清晰的彩色锥形辐射图样，观测了抽运光入射角、光强度对彩色锥形辐射的影响。减小抽运光强与增大入射角，均导致锥形辐射外环产生明显的红移。实验现象与理论模拟相吻合，进一步表明彩色锥形辐射源于二次谐波的自发参量转换。

高功率线偏振皮秒脉冲激光光源在工业加工、相干光束合成和非线性光学等领域有广泛的应用。报道了基于半导体可饱和吸收镜锁模的高功率线偏振皮秒脉冲掺镱全光纤激光器。激光器采用两级主振荡功率放大(MOPA)结构。种子源采用环形腔结构，在抽运功率为200 mW时，获得了重复频率为40 MHz、脉冲宽度为20 ps的锁模脉冲输出，平均输出功率为12 mW，中心波长为1038.2 nm，光谱宽度为1.7 nm，光谱明显的陡沿结构表明在全正色散光纤激光器中形成了耗散孤子。经过两级双包层保偏掺镱光纤放大器，获得了平均功率为5 W的输出，相应的单脉冲能量和峰值功率分别为125 nJ和6.25 kW。在最大输出功率时，没有出现受激拉曼散射等非线性现象，此时激光脉冲光谱宽度为3.1 nm，脉冲宽度为20 ps，偏振消光比为20 dB。

高功率激光装置的多路红外激光脉冲波形测量系统由光纤取样耦合、传输、合束、光电转换和数据采集处理单元构成，采用缩束与光学成像系统的光纤耦合方法克服了高功率激光束长距离传输后的指向漂移，针对正弦调频脉冲输出，实验和理论分析了测试光路存在像差、测试空间不同位置时间特性差异和传感器带宽等因素对测试的影响。实验结果表明，采用光纤取样的时间波形测量方式可以准确地反映基频调频脉冲全口径积分波形的轮廓从而实现基频调频脉冲波形监测。

利用充入激光染料的石英毛细管构成了一个双层结构的圆柱形微腔，在s和p偏振光抽运条件下，分别观察到了微腔中的横磁波或横电波回音壁模式激光辐射。实验结果表明，横磁波激光光谱出现了明显的干涉调制现象，调制周期随染料溶液折射率的增加而增大，随毛细管内外半径比的增加而减小；横电波激光光谱则没有出现干涉调制现象。用双层微腔结构中反射波对折射波的干涉调制效应，成功解释了观察到的实验现象。双层结构圆柱形微腔中回音壁模式激光的干涉调制现象，为多模回音壁模式激光的模式选择提供了一定的参考。

为了制备高输出功率的半导体激光器，设计了非对称超大光腔波导结构，其中大光腔结构用以提高器件的灾变性腔面烧毁(COMD)水平，非对称波导则抑制高阶模的激射，并分析了非对称波导层厚度的理论优化值。优化了有源区的金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)外延生长条件，结合管芯电极制备及腔面镀膜等工艺条件，制备了腔长为4 mm的2 μm超大光腔端面发射980 nm半导体激光器管芯。在室温、注入电流为30 A且未采取任何主动散热措施的条件下，器件输出功率达到23.6 W，未出现COMD。非对称波导保证了垂直方向仅有基模激射，且超大光腔的采用使得垂直远场发散角只有24°。研究结果表明，非对称超大光腔结构是制备高功率半导体激光器的有效途径。

构建了一种基于Littman-Metcalf 结构的外腔半导体激光器。该激光器采用基于星形柔性铰链转动机制的紧凑型设计，并利用有限元分析的方法对其机械结构进行了分析及设计，转动臂实现了高达3.7 kHz的基模共振频率。根据无跳模调谐条件对外腔设计进行了优化，提高了激光器的性能。该激光器为单纵模运转，工作波长约为780 nm，无跳模调谐范围大于等于80 GHz，且在无重新装调情况下可稳定工作一年以上，表明激光器具有良好的可靠性。同时该激光器可锁定在87Rb(F=2→F′=2,3) 吸收峰上，持续时间超过24 h，其线宽为200 kHz，温度稳定度为35 MHz/℃，且稳频激光器的Allen方差在测量时间为3 s时可达到3.5×10 -11，24 h内光功率波动小于0.75%，具有较高的稳定性。

利用在中红外波段具有低损耗的ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)氟化物单模光纤搭建了全光纤结构的超连续谱光源，将超连续谱在长波方向扩展到中红外波段。系统以波长为1550 nm的纳秒脉冲半导体激光器作为种子源，采用主振荡功率放大结构实现了级联超连续谱产生。在前级超连续谱产生中将光谱预展宽到2.6 μm，再经掺铥双包层光纤放大器放大位于铥离子增益带宽内的光谱分量，最后抽运10 m长的ZBLAN单模光纤，在光纤色散和非线性效应的作用下，获得了光谱覆盖1.9~4.3 μm范围的中红外超连续谱输出，平均功率为185 mW。

针对W-Cu复合体系选区激光熔化过程，建立了三维瞬态定点和移动热源下的熔化凝固数学模型，研究了不同激光功率P和扫描速度V下的熔池表面的温度场和速度场及熔池中W颗粒周围熔体的流场和受力情况。结果表明：当激光功率P由600 W增至900 W时，熔池表面温度梯度与速度场耦合夹角θ由50°减为0°，熔池表面对流传热加快。在定点热源P≥800 W或移动热源(线能量密度η=16 kJ/m)条件下，熔池中W颗粒的周围会产生二次流，使得W颗粒受到由压强差所引起的压力的作用。当二次流产生的引力矢量与压力矢量夹角为锐角时，W颗粒趋于形成小环状结构，限制了其重排且易于发生团聚；反之，W颗粒趋于形成大环状结构，易于均匀分布。

采用激光冲击强化技术对初始相为奥氏体的NiTi形状记忆合金进行强化处理，研究了NiTi形状记忆合金力学性质的变化。实验发现激光冲击强化后NiTi合金的影响层深度在300 μm左右，表面硬度提高了约10%。通过数字图像相关技术从拉伸过程拍摄的照片中得到材料的应变，从而获得NiTi合金的应力应变关系的变化。激光冲击强化后NiTi样品的超弹性应力应变曲线表明相变应力几乎没有变化，马氏体的屈服应力下降了约100 MPa，最大相变应变减少了13%。激光冲击强化产生的超高应变率的塑性变形导致材料硬度提高，超弹性应变减少。

激光金属直接成形制备了CoCrMo体积分数分别为10%、20%、30%变化的Ti6Al4V-CoCrMo梯度材料实体件，CoCrMo体积分数为10%的组分未开裂，而20%、30%的组分开裂严重。从断口形貌、组织和残余应力三方面对开裂现象进行了深入研究。结果表明：CoCrMo体积分数为20%、30%组分的开裂是冷裂，断口呈现准解理特征，裂纹穿晶扩展。开裂的原因主要是Ti6Al4V与CoCrMo形成了有限固溶体，脆性倾向增加；随着CoCrMo含量的增加，梯度材料的组织结构发生了显著变化，析出的CoCrMo呈网状包络Ti6Al4V-CoCrMo固溶体，不仅容易出现应力集中，形成裂纹源，而且两者间热物性参数不匹配，增大了内应力。

采用7 kW光纤激光器，研究了未熔透光纤激光焊接过程中工艺参数对熔深、气孔的影响，讨论了小孔深度与熔深的对应关系，并利用激光功率三角波脉冲的方法研究了功率调制对小孔型气孔的抑制作用。结果表明，激光焊接熔深与小孔深度基本一致。随着焊接速度的增大，焊缝熔深减小，气孔倾向降低。当离焦量为0时，焊缝熔深和气孔倾向最大；当焦点位置偏离工件表面时熔深和气孔倾向减小。在较宽的频率范围内（20~125 Hz），三角波调制激光功率有效地减少了光纤激光焊接小孔型气孔的产生，最佳频率为60 Hz。利用X射线透射成像系统分析了小孔行为，发现激光功率脉冲调制提高了小孔的稳定性，从而减小了气孔倾向。

用CO2激光对40CrNiMo高强度钢表面进行淬火强化处理，进行了拉拉疲劳对比试验，采用Locati法求出激光淬火前后试样的疲劳极限。通过电子扫描显微镜观察了疲劳断口形貌，分析了激光淬火对40CrNiMo疲劳强度的影响机理。结果表明，激光淬火后试样表面形成强化层、马氏体和残余压应力，使40CrNiMo疲劳强度明显增加，由调质处理时的626 MPa提高到715 MPa，疲劳强度提高了14.2%。调质处理试样疲劳裂纹源萌生在试样表层，而激光淬火后试样疲劳裂纹源萌生于试样次表层，其扩展至断裂的过程较为缓慢。晶粒细化和残余压应力是疲劳强度提高的主要机制。

基于声学法对1064 nm和355 nm激光脉冲作用金属铝板的激光支持爆轰波(LSDW)点燃阈值进行了研究，理论分析了激光等离子体声波压强与冲击波的膨胀速度关系，开展了1064 nm和355 nm激光作用铝板靶的实验研究。实验结果表明等离子体声波存在时间为毫秒量级，其峰值强度呈指数衰减趋势。实验发现激光作用铝板产生的等离子体声波信号幅度随激光功率密度的增加而增加，但是在激光功率密度增加的过程中等离子体声波峰值强度出现两次跃变，由此判断出1064 nm和355 nm激光产生的LSDW的点燃阈值范围分别为(3.95～13.05)×108 W/cm2和(3.14～10.07)×108 W/cm2。分析了激光波长因素对LSDW点燃阈值的影响。

针对铝合金激光点焊容易出现的问题，自建了一套精确控制送丝系统，分析铝合金激光填丝点焊的可行性，并且研究了送丝角度、延迟时间、送丝量等送丝参数的影响。研究结果表明，激光填丝点焊可以明显地改善铝合金激光点焊过程中容易出现的缺陷；送丝角度是焊丝熔化后能否稳定进入熔池的关键因素，送丝角为30°左右时，熔化焊丝进入熔池最为稳定；延迟时间过短，熔池尺寸过小时送进焊丝，易造成焊丝在试件上表面的堆积；而送丝量与焊点表面下塌的改善效果相关。

在航空材料TA15-2钛合金基材表面激光同轴送粉熔覆Ni60A-B4C-TiN-CeO2混合粉末可生成硬质耐磨复合涂层。对该涂层进行扫描电镜与高分辨透射电镜微观组织观察。结果表明，大量纳米晶非晶相在该复合涂层中产生。纳米晶非晶相界面具有极高的结合能，可在一定程度上阻碍纳米晶长大；另外，大量纳米晶的产生使晶界自由能提高，导致涂层中点缺陷密度提高与晶格畸变的产生。整个涂层为非晶、纳米晶及其他晶化相共存。涂层较TA15-2基材表现出更好的耐磨损性能，涂层的主要磨损机制为磨粒磨损与粘着磨损。

基于激光修复技术，采用镍基高温合金FGH95粉末对航空发动机常用材料GH4169合金进行不同激光线能量密度q下激光修复对比试验，对修复试样进行弯曲性能测试与金相分析。研究激光线能量密度对修复试样弯曲性能的影响，探讨激光修复后试样弯曲性能变化的微观机理。结果表明：修复试样弯曲强度与无损试样接近，基本达到无损试样的弯曲性能。当q=120.0 J/mm2时，修复试样弯曲强度最大，为827.16 MPa，高于无损试样0.5%。随着激光线能量密度的增加，修复试样弯曲强度先增加后减小。在较高激光线能量密度下（154.3 J/mm2），因修复区组织枝晶粗化，导致修复试样弯曲性能下降。

复合材料的抗激光烧蚀性能一般用烧蚀单位质量所需的激光能量（即烧蚀热）表征，这种表征方式忽略了激光强度与稳定性的影响。以C/SiC复合材料为例，在材料表面热化学平衡分析的基础上，基于复合材料激光烧蚀效应数值模拟程序，计算了不同参数下激光辐照复合材料的烧蚀热，分析了强度、频率、占空比等激光参数对烧蚀效率的影响。研究结果表明，烧蚀热与占空比、激光强度有关,与重复频率关系不大。激光强度越大，烧蚀热越小；占空比减小,单位烧蚀质量所需的能量增大，即烧蚀热随占空比的减小而增大;在平均功率密度及占空比相同的前提下，不同重复频率对加热影响很小。对C/SiC复合材料的激光烧蚀，相同平均功率密度下，激光强度不稳定性越大，烧蚀热的期望值越小。

在高功率光纤激光焊接厚度为12 mm的SUS 304不锈钢板的过程中，熔池无法在其自身重力、表面张力、蒸气反冲力等作用力的共同作用下保持动态平衡，熔池内液态金属流动剧烈，使得穿透焊时焊缝表面成型质量较差，容易出现飞溅、表面塌陷以及底部驼峰等焊接缺陷的问题。在确定焊接功率及正面保护种类及气流量等工艺参数的情况下，采用改变单一变量的方法，讨论了焊接速度、离焦量、背面保护气流量以及对接间隙的变化对焊缝表面质量的影响。结果表明：合理的工艺措施可有效改善焊缝质量，优化参数后的焊缝表面光滑、均匀，后续加工量小。拉伸试验表明韧性断裂发生在母材处，而且远离焊缝，最大拉伸应力为809 MPa，对应的应变为64%。

针对光学相干层析（OCT）技术受散斑噪声影响严重的问题，研究了低噪声OCT成像技术。在系统中加入标定臂，利用标定信号对纵向扫描位置进行精确定位，降低检测过程中样品微位移所引入的误差；并在此基础上对各次纵向扫描信号进行曲波(curvelet)变换，采用自适应阈值法滤除图像散斑噪声，最后通过对多次纵向扫描信号的curvelet系数进行权重滤波和均值处理进一步降低散斑噪声。实验结果证明，与未经curvelet滤波的多次纵向扫描平均图像相比，低噪声OCT成像技术可以提高信噪比18.35%。

理论和实验上研究了利用飞秒激光微纳加工技术制备的广义高斯切趾光纤布拉格光栅（FBG）的带宽特性。模拟结果表明，FBG带宽随着折射率调制度的增大而增大，随着光栅长度的增大先减小后趋于饱和。利用飞秒激光相位掩模法制备FBG的实验结果表明，当飞秒激光功率较小时，随着激光功率的增加，FBG带宽基本不变；激光功率超过一定阈值，FBG带宽随着激光功率的增大而逐渐增大。曝光时间较短时，FBG带宽随曝光时间的增加而急剧增大；随着曝光时间的继续增加，FBG带宽逐渐趋近于饱和。FBG带宽随着飞秒激光功率和曝光时间的变化可以归因于飞秒激光诱导FBG折射率调制度和光栅长度的变化。这些规律为调控利用飞秒激光微纳加工技术制备FBG带宽提供了参考。

报道了一种双包层七芯光子晶体光纤，其零色散点在1036 nm，在波长1060 nm处非线性系数为2.43 W-1·km-1。采用中心波长为1060 nm、脉冲宽度为160 ps、重复频率为1 MHz、光束质量M2<1.3、最大输出功率为4.5 W的增益开关皮秒脉冲全保偏光纤激光器抽运35 m的七芯光子晶体光纤，得到最大输出功率为2.443 W、谱宽范围500~1700 nm的全光纤化超连续谱输出。实验所测的超连续谱输出远场与模拟的同相位超模远场分布非常吻合，故对高功率超连续谱产生具有参考价值。

分析了星间激光通信双向跟踪过程中，影响链路稳定性的主要因素。通过对终端跟踪误差角度的面阵探测建模,综合考虑接收端信噪比影响，分析了双向光束跟踪过程中的迭代收敛过程，推导出了更接近链路实际情况的稳定跟踪约束条件理论公式。通过仿真验证对理论分析结果进行了优化，并通过地面模拟实验，验证了结论的准确性。上述工作对今后的卫星光通信链路系统优化设计具有重要参考意义。

根据卫星光交换网络应用需求，借鉴现有的地面光交换信道调度算法，综合考虑资源预留和调度算法，提出了一种基于突发流资源预留的星载光交换信道调度算法。通过流量估计把突发数据按照目的地址和突发区服务质量(QoS)区分为单个突发和突发流，并分类进行资源预留。把数据信道按照优先级划分成不同的信道。不同优先级的突发包先搜索对应级别的信道，高优先级的或者突发流可以抢占低优先级的信道。理论分析与仿真比较证明，该算法不但降低了光交换矩阵的重置时间和交换时延，也提高了链路利用率。复杂度在最坏情况下与可插空最近可用未调度信道(LAUC-VF)方式相同，丢包率在负载为0.5时平均达到10-7，适用于星载光交换系统。

基于循环频移器(RFS)载波产生原理，创新性地提出了一种在循环频移环路中插入一个非对称马赫曾德尔干涉仪(AMZI)，通过抑制噪声来提高信噪比的多载波产生改进方案。理论推导出光信号功率和放大自发辐射(ASE)噪声功率通过非对称马赫曾德尔干涉仪后的表达式。根据假设，在干涉仪两臂的光程差远远大于ASE噪声的相干长度，同时远远小于光信号相干长度的条件下，ASE噪声功率降低了3 dB，而光信号功率没有改变。同时通过仿真和实验分别得到了50个子载波的输出。结果表明，基于该改进方案产生的多载波的载噪比可以达到37.5 dB，比传统结构最多提高了17.5 dB。

采用有限元方法（FEM）研究了一组相邻金纳米盘和银纳米盘的表面等离激元共振（LSPR）特性，并根据等离激元杂化理论的偶极-偶极近似对复合金属纳米盘二聚物的散射光谱进行分析。结果表明，金-银纳米盘的等离激元散射强度受到入射电磁场偏振方向以及金属纳米盘二聚物的结构参数（如纳米盘直径、厚度和纳米盘间间隙）变化的影响。而且，随着纳米盘直径的增加，纳米盘厚度以及盘间间隙减小，金-银纳米盘二聚物等离激元共振散射谱共振峰位置会发生相应的红移。研究结果对于纳米金属异质二聚物等离激元物系在生物传感和光敏探测器件等方面的应用有重要意义。

为了制备高输出功率的441.6 nm氦镉激光反射镜，研究了氧离子束辅助工艺及退火后处理对ZrO2单层膜及441.6 nm氦镉激光器ZrO2/SiO2反射膜的影响。利用紫外可见分光光度计测试了薄膜样品的反射光谱及吸收光谱；通过原子力显微镜测试了薄膜表面的粗糙度。测量及分析结果表明：氧离子束辅助沉积能够提高激光反射镜的反射率并形成致密的薄膜结构，但是由于引入的杂质缺陷提高了薄膜的吸收率从而使得激光的输出功率变小；退火处理消除了吸附于薄膜表面的杂质气体、水分，输出功率相比于退火前有了大幅度的提高。

采用直流辉光放电辅助脉冲激光沉积(PLD)法，以不同的激光通量在单晶硅基底上沉积CNx薄膜。利用扫描电镜（SEM）、拉曼光谱、X射线衍射（XRD）谱、X射线光电子谱（XPS）、纳米压入仪和球盘式微型摩擦磨损试验仪对薄膜的成分、微观结构、表面形貌、力学及摩擦学性能进行了系统分析。结果表明：所有薄膜处于非晶状态。当激光通量从5.1 J/cm2提升至7.5 J/cm2时，薄膜的含氮原子数分数由27.7%上升至34.1%；膜中sp3C—N键和sp2C—N键的面积百分数上升，sp3C—C键的面积百分数降低, C原子sp3杂化程度增加，薄膜的石墨化程度下降；薄膜的硬度由3.7 GPa增加至5.3 GPa，磨损率从3.8×10-13 m3/(N·m)下降至7.9×10-14 m3/(N·m),摩擦系数从0.13上升至0.18。

基于光纤布拉格光栅和傅里叶热传导方程提出了一种实现复合材料圆筒结构热扩散系数测量的水热平衡法，并进行了理论分析和实验研究。当圆筒结构内部流体温度升高，由初始低温平衡状态向高温平衡状态过渡，其内部流体热量从内向外传递，由于热阻的存在，而使内外壁呈现不同的温度特性，导致内外壁温度分布呈现差异性；依此原理，利用光纤布拉格光栅温度敏感特性，获取中心波长与温度函数关系及中心波长与时间函数关系，确定圆筒结构温度分布函数；根据傅里叶一维导热方程和边界条件即可求得结构热扩散系数。实验表明，升温测量与降温测量结果具有一致性，证明了该测量方案的可行性与可靠性。该测量系统具有传感元件简单、稳定性好、可操作性强等优点，为此类圆筒结构热扩散系数测量提供了一种新颖可行的方法。

提出了一种应用于结构光投影三维测量的二值时空编码方法。通过投影3幅二值编码条纹图，利用条纹边界左右两侧的编码值对截断相位图中的截断线进行编码。测量时，根据截断线提供的初始位置，在3幅编码图中读取其左右两侧的黑白编码值，从而每根截断线可以得到一个二进制码，解码后可以计算出该截断线的级次，从而确定其对应正弦条纹的级次。根据该级次对截断相位图进行展开得到绝对相位图。实验结果表明，该编码方法在保证测量精度和可靠性的前提下，有效减少了编码的幅数，提升了测量的速度，非常适用于高速三维测量系统。

为了提高条纹投影偏折法对自由曲面的测量精度，通过分析投影到待测面的条纹光强变化形式，推导出一种可以免疫光强变化的五步移相算法，并通过频域傅里叶分析论述了该算法的可行性。数值实验结果表明，免疫光强变化的五步移相算法在基准光强变化1%~5%，杂散光噪声为0.1%~0.5%的情况下，相位计算精度峰值为0.0042λ，均方根值为0.0014λ，在消除离焦影响后，相位计算精度可以达到0.0009λ。与其他移相算法的对比分析，进一步说明了该算法的优势，免疫光强变化五步移相算法在利用条纹投影偏折法测量自由曲面领域有着较高的应用价值。

波长移相干涉仪的移相值与干涉腔长度有关，需要对其标定方可采用定步长移相算法计算相位分布。为了标定研制的斐索型波长移相干涉仪，提出一种利用干涉图直接计算定步长移相值的新算法两帧差分平均移相算法(TDA)。对该算法进行模拟仿真，验证了算法的可行性和计算精度，并进一步开展了实验研究。结果表明：运用TDA算法处理定步长移相干涉图可以获得与实际值接近的计算结果；利用TDA算法标定的波长移相干涉仪的测量面形均方根(RMS)重复性优于0.07 nm(1.106λ/10000)，达到了设计指标；用该干涉仪与Zygo干涉仪对相同元件进行比较测量，检测结果之差的RMS为0.742 nm。

为有效抑制激光主动成像中的散斑噪声以及减少运算耗时，提出一种基于信号子空间谱域约束的散斑去噪方法。使用同态变换将乘性噪声变为加性噪声，对含噪图像进行奇异值分解并估计信号子空间的维数，根据该维数对含噪图像的协方差矩阵进行特征值分解，利用噪声子空间的特征值估计噪声的方差。根据信号子空间的特征向量计算出滤波估计矩阵，并与含噪图像卷积，做同态逆变换，得到降噪后的图像。为了去除后向散射和背景辐射对实验结果的影响，搭建一套基于距离选通ICCD的激光主动照明系统，采集不同散斑强度的主动照明图像进行实验。结果表明该方法拥有比经典的Lee、Frost和Kuan算法更好的散斑噪声抑制效果，同时运算时间在毫秒量级，满足激光主动成像算法实时性的需求。

由于传统的高斯矩阵、伯努利矩阵等观测矩阵在硬件上实现比较困难，观测矩阵的构建一直是压缩传感硬件实现的关键问题之一，因此，选择构建合适的观测矩阵，对于嵌入式视觉压缩传感的实现具有重要的意义。针对嵌入式视觉压缩传感实现的可行性与实时性，通过稀疏变换矢量化和伪随机序列观测矩阵构建相关研究，结合小波稀疏起主要作用系数数据位于矢量矩阵前侧，提出了一种基于小波稀疏的确定性简单二值观测矩阵的压缩传感实现方法。对于N×N图像，在观测值M下，观测矩阵由M个不相同的N维基向量组成，每个向量只有一个元素1，其余元素为0，结构简单，在实际观测测量中省去了积分电路，提高了效率，而且每个基向量可以根据元素1的位置，按照1-M确定性排列，构成确定性观测矩阵，便于观测矩阵存储和压缩传感恢复重构。

为了校正利用计算全息图(CGH)补偿检测离轴非球面引入的二维投影畸变，提出了基于检测光路仿射变换的投影畸变校正方法。通过追迹检测光路求解畸变映射函数，借助镜面特征点实现畸变校正结果与镜面的高精度对准，利用校验特征点实现校正误差检验。将该技术实际应用于某项目800 mm×600 mm离轴非球面主镜检测和加工，检测结果与工件面形位置误差由校正前80 mm降低至1 mm以下。根据畸变校正后的数据，对该镜采用离子束抛光，最终面形精度[用均方根(RMS)误差表示]达到0.0162λ(λ=0.6328 μm)。

对基于宽场随机荧光漂白的超分辨显微方法进行了研究。通过对获取的荧光漂白图像进行差分处理，获得大量稀疏的荧光分子图像，相应的荧光分子被一一区分并通过点扩散函数(PSF)数字化的方法计算出中心位置，从而重构超分辨显微图像。并对标记Alex 488普通荧光染料的人胚肾细胞进行了成像，和普通荧光显微镜相比，分辨率提升了约40%，表明该方法适用于常规荧光染料，并能突破衍射极限达到超分辨效果。该方法克服了常用的基于单分子精确定位技术需要对荧光分子进行反复地激活猝灭，并难以适用于普通荧光染料的缺点。

为了提高自适应光学系统中压电倾斜镜(TTM)的控制精度，提出一种基于神经网络建模对TTM的磁滞非线性进行补偿的方法。实验得到TTM磁滞响应数据后，选用反向传播(BP)神经网络对磁滞特性建模，并通过软件编程模拟磁滞响应过程，进而实时计算控制量，实现对TTM的前馈补偿控制。为了满足自适应光学系统中实时控制的要求，根据BP网络内部运算机理得到BP网络运算的函数表达形式，以函数运算代替耗时的网络仿真运算。仿真结果显示这种替代在保证运算精度的前提下，提高了运算速度。实验结果表明，通过补偿，TTM的磁滞非线性减小约70%，提高了TTM的整体线性度和控制精度。

为了在表面等离子体共振（SPR）传感器中提高信噪比、灵敏度等，需要使光波尽可能多地和表面等离子体波（SPP）相耦合。主要研究了如何通过改变金属光栅结构以增强SPR共振峰从而提高其SPR传感器的灵敏度。在选定一维矩形光栅面型的基础上,通过改变光栅结构及面型参数，寻找入射光波与表面等离子体波耦合度最大时的面型参数值。将基本光栅面型函数分解展开并逐项分析其对表面等离子体共振的影响，针对已优化的一维矩形金属光栅面型函数，分析其傅里叶展开式中各项对等离子体耦合的贡献，以期为进一步寻求光能量最大耦合的物理本质提供分析支持。

为了提取淹没在噪声中的弱吸收信号，对波长调制光谱测量中的相敏检测技术进行研究，提出了一种数字化相敏检测实现方案。采用正交矢量型结构实现相敏检测过程，通过硬件电路设计和上位机程序编写，完成吸收信号谐波分量的获取。对空气中的O2进行检测，针对O2位于764 nm附近的一对吸收谱线，成功提取了吸收信号的二次谐波分量。结果显示，系统的检测极限体积分数为0.50%（光程为1 m）。

研究了存在原子间有效三体相互作用的情况下双阱势场中超冷玻色气体的相位相干性，其中引入无序分布的阱深差来模拟无序势。研究发现，在无序Bose-Hubbard模型中，重整化的三体相互作用能有效增强玻色气体的相位相干性。同时，在强无序势条件下，讨论了平均相位相干性对三体相互作用的依赖关系。据我们所知，这是首次对无序量子气体中的有效三体相互作用进行研究。