激光二极管抽运的固体激光器（DPSSL）成为实现下一代激光器驱动装置对能量转换效率和重复频率要求的重要途径。高重复频率导致介质内存在热积累，引起热光效应、弹光效应和形变，导致波前畸变的产生，影响光束质量。针对目标输出能量100 J，重复频率10 Hz的放大模块，分析其储能提取效率和增益性能，采用气体冷却技术，设计激光二极管抽运的片状放大模块结构。利用有限元数值分析方法，建立了该装置单片放大器热分析模型，研究了单片增益介质厚度、对流换热系数对波前畸变的影响，结合波前畸变的要求，得到了单片厚度的最优值，并对该设计进行热分析，利用超高斯光束近似抽运光源，结合氦气气流分布情况，模拟单片介质的温度、形变和应力分布，计算得到了热光效应、形变和弹光效应对波前畸变的贡献以及单片增益介质的总波前。

针对始终处于加电状态工作模式的半导体激光器，通过分析单个粒子对器件的辐射过程，将空间辐射效应离散的描述为所有单粒子造成辐射效应的累积。考虑到粒子到达服从泊松过程的特点，建立了半导体激光器空间辐射效应性能退化模型。推导了器件可靠度函数以及平均故障前时间的表达式。对InGaAs多量子阱激光二极管在高轨空间辐射环境中的性能退化过程进行了仿真，得到了器件的光功率退化曲线。结果表明光功率退化量与辐射时间近似成正比例关系。由此提出了同时考虑辐射与退火效应条件下，器件的光功率退化速率，通过拟合得出该速率与空间辐射平均剂量率成正比。获得了半导体激光器的可靠度曲线，进而计算了器件的平均故障前时间。

为了对激光陀螺合光装配中的信号进行去噪处理，并有效抑制残差污染，提出了基于高斯滤波的稳健估计算法。根据合光装配中信号的特点，采用IGGIII和eHuber两种稳健高斯滤波方法与传统高斯滤波方法进行对比分析，并利用迭代算法进行求解，得到其残差占比、残差平均值、残差均方根、信噪比四个指标参数。实验结果表明，IGGIII稳健高斯滤波方法更能够提高高斯滤波的稳健性能，有效滤除了激光陀螺合光装配中信号的误差，使得滤波后的信号最接近真实信号，验证了稳健高斯滤波方法的有效性。

报道了1030 nm高功率被动锁模皮秒脉冲掺镱光纤激光器。该激光器为全光纤结构，采用主振荡功率放大（MOPA）技术，由皮秒种子源与三级掺镱光纤放大器组成。种子源使用半导体可饱和吸收镜（SESAM）进行被动锁模，输出脉冲中心波长为1030.4 nm、3 dB光谱宽度为0.15 nm、脉冲宽度为30.7 ps、重复频率为29.0 MHz、输出功率为30 mW。通过三级掺镱光纤放大器后，最终在30 μm/250 μm双包层掺镱光纤中实现了平均功率为101 W的皮秒脉冲激光输出， 3 dB光谱宽度为1.46 nm，脉冲宽度为36.6 ps，放大器斜率效率为76.7%，单脉冲能量为3.48 μJ，峰值功率为97 kW，光束质量M2=2.78。

利用部分相干光源，通过空间光调制器加载相位图，产生了具有3个加速主锤的部分相干加速光束。数值模拟和实验结果表明，相位掩膜板控制参数β和傅里叶变换透镜焦距f是影响主锤加速度的主要因素，并给出了二者对加速度影响的定量关系。研究结果为今后不同的科学研究需要整形出具有不同加速轨迹的三角主锤加速光束提供了依据。

报道了一种基于电光腔倒空技术的高重复频率、短脉冲Nd:YVO4激光器。该激光器以880 nm连续波激光二极管作为端面抽运源，采用BBO晶体组成的普克尔盒作为电光Q开关。通过优化谐振腔，提高了激光器热稳定性和模式匹配效率。在30 W的抽运功率下，获得了脉冲重复频率最高为500 kHz，脉冲宽度为6 ns，平均功率为10 W的1064 nm稳定基横模脉冲激光输出。

采用激光二极管(LD)抽运Cr4+:YAG被动调Q内腔式PbWO4锁模拉曼激光器获得了稳定的、调制深度为100%的调Q锁模拉曼脉冲。抽运功率为6.3 W时，获得的锁模拉曼激光输出功率为582 mW，抽运光到一阶斯托克斯光的转换效率为9.24%，斜效率为10.6%，调Q脉冲重复频率为41.3 kHz，脉宽为6 ns，锁模脉冲重复频率为1.1 GHz，锁模脉冲宽度小于207 ps。

采用Nd:YAG脉冲激光焊机实现了200 μm厚的NiTiNb形状记忆合金的激光焊接。焊接接头在850 ℃进行了退火处理。借助于光学显微镜、扫描电镜、精密拉伸机对接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明，未热处理焊接接头的显微组织存在分层现象。熔合区的晶粒外延生长，焊缝中心为细小的等轴晶。焊接接头的抗拉强度为母材的90%。焊接接头断口韧窝小而浅，表现为延性断裂。热处理后焊缝的等轴晶消失，粗晶区和偏析区交替分布。母材和焊接接头都出现了应力诱发马氏体现象，表现为伪弹性。焊接接头的屈服强度仅为母材屈服强度的60%，母材和焊接接头的显微硬度低于热处理前的显微硬度。

为了提高车用超高强钢激光焊接技术的发展，采用光纤激光器对1.9 mm厚的22MnB5钢板进行激光对焊以及22MnB5与Q235钢板的激光拼焊。研究了激光焊接接头的微观组织、硬度以及拉伸性能的变化，分析了焊接速度对接头组织、性能的影响。结果表明，22MnB5钢焊缝组织主要是板条马氏体，22MnB5热影响区可分为完全淬火区、不完全淬火区和回火区，而Q235热影响区不存在回火区。焊接接头硬度分布不均匀，在焊缝边缘硬度最高。热影响区很窄，硬度急剧下降，22MnB5热影响区存在严重的软化区，最低硬度仅为319.6 HV，Q235热影响区不存在软化区。随着焊接速度的增加，焊缝组织变得细小，马氏体含量增多，当焊速达到5 m/min时，22MnB5焊缝最高硬度达到544.2 HV。在垂直于焊缝的负载下，焊接速度为3~5 m/min时，22MnB5拉伸试样均断裂在热影响区，塑性较差，断后延伸率仅为2%左右，而母材的断后延伸率却达到了8.9%。

激光钎焊过程中有很多影响焊接接头质量的因素，如激光功率，焊接速度，离焦量等，主要研究了送丝速度对焊接接头力学性能的影响。实验结果显示：焊接接头中有Fe-Si(Cu)弥散相的析出，这些析出相呈现颗粒状，小岛状或者花瓣状分布。当送丝速度达到2.0 m/min时，弥散相的分布最为密集，焊接接头的力学性能最好，并高于母材，在母材处发生断裂；当送丝速度为1.7 m/min和2.3 m/min时，Fe-Si(Cu)相只是零星的分布在焊接接头内，接头力学性能比母材差，拉伸实验断裂在焊缝处，断裂方式属于韧性塑性型。

利用6 kW横流CO2激光器在H13钢基材表面原位合成了以TiC颗粒为增强相的复合熔覆层。借助X射线衍射(XRD)和能谱仪(EDS)分析了涂层的物相组成，结合光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层的微观组织，运用显微硬度仪和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，当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2.441时，熔覆层的主要物相为碳化物TiC、Cr7C3和Fe-Cr固溶体。随着预置层中Ti含量的减少，即当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为21时，熔覆层中Cr7C3相增多，而当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为22.33时，熔覆层中则出现 (Cr,Fe)7C3相。SEM和EDS分析显示，TiC增强相随激光功率密度的增大由球状向薄层状转变。当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为22.33，激光功率密度为24.38 kW·cm-2时，涂层表面宏观质量良好，无气孔裂纹缺陷，涂层截面平均显微硬度达到931.9 HV0.2，约为基材的2.21倍，最低磨损失重仅为基材的27.2 %。

用激光熔覆技术在预涂敷于钛合金(TC4)表面的CaCO3和CaHPO4·2H2O以及Ti粉经两次激光熔覆及适当热处理制备了生物陶瓷涂层。通过X射线衍射(XRD)分析可得：过渡层涂层成分主要为CaTiO3，未热处理的陶瓷层成分主要为磷酸四钙(TTCP)，热处理陶瓷层涂层主要物相为羟基磷灰石(HA)。研究工艺参数、热处理以及混合粉末配比对涂层物相组成的影响研究可知：工艺参数激光功率对涂层物相的影响大于扫描速度；800 ℃热处理4 h并随炉冷却可以有效提高涂层HA含量；Ca/P2.00配比的混合粉末所制备的涂层HA含量最高。

装配间隙是影响国际热核聚变实验反应堆(ITER)校正场线圈盒激光封焊质量的重要因素之一。采用热丝填充激光焊接，在离焦量分别为+5、+10、+16 mm的情况下对5 mm厚核聚变用钢316LN在不同对接间隙条件下进行光斑直径与对接间隙裕度的研究。焊后进行了焊缝表面、截面形貌的分析，同时进行了金相组织、接头拉伸强度、显微硬度测试及断面电镜与成分分析。结果表明，在热丝填充激光焊接中，光斑直径大小不仅可以与对接间隙量相当，还可以在小于对接间隙量0.1～0.2 mm的情况下，得到表面成形较好且抗拉强度值较高的焊缝，当光斑直径小于对接间隙量达到0.3 mm时，焊缝表面成形变差且抗拉强度值下降。

5083铝合金广泛应用于船舶、高速列车等制造领域。为了解决激光焊接对这类合金存在的凹陷和咬边问题，采用5087焊丝作为填充材料，对4 mm厚的5083铝合金进行光纤激光焊接试验，分析了影响焊缝成形的主要因素，并对接头的组织、力学性能及断口特征进行了评价。研究结果表明：与自熔焊相比，填丝焊工艺参数为功率6 kW，焊接速度7.5 m/min，送丝速度4.5 m/min，光丝间距1.0 mm时能够消除焊缝表面的凹陷及咬边缺陷，获得成形饱满，组织细小的焊缝。填丝焊接头抗拉强度平均值为304 MPa，约为母材的88%，比自熔焊提高了6.17%左右；延伸率平均为5.43%，比自熔焊提高了52%。拉伸后断于焊缝，断口呈现典型的韧性断裂特征。

为了研究激光冲击对AZ91D-T6铸造镁合金高周疲劳性能的影响，采用钕玻璃脉冲激光器（波长1064 nm，脉冲宽度20 ns），对中心缺口试样进行激光冲击强化（LSP）处理，并进行了拉拉疲劳试验，分析了表面形貌、表面显微硬度、微观组织、疲劳断口特征和残余应力分布，结果表明：以1.5 GW/cm2功率密度和光斑50%搭接的激光冲击强化后，中心缺口疲劳试样上下表面形成高残余压应力，显微硬度提高24%左右，晶粒明显细化，冲击试样循环周次比未冲击的提高33.7%，疲劳断口呈解理断裂特征，主要表现为大量解理台阶和河流花样，β-Mg17Al12相的存在改变了疲劳裂纹扩展路径。激光冲击延迟了裂纹萌生时间，提高了AZ91D-T6铸造镁合金的疲劳寿命。

2060-T8铝锂合金是具有低密度、高比强度，及良好低温性能的新型轻量化航空材料。采用光纤激光器并填充5087（Al-Mg-Zr）焊丝焊接2 mm厚2060-T8铝锂合金，研究了工艺参数对焊接接头热裂纹敏感性的影响，分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明，结晶裂纹敏感性随激光功率和焊接速度的增加而增加，随送丝速度的增加而降低。在激光功率为3 kW、焊接速度和送丝速度为3 m/min的工艺参数下接头成形良好，无焊接裂纹，焊接接头的平均抗拉强度为309 MPa，断裂发生在焊缝区。同焊缝上部及下部相比，焊缝腰部熔合线附近细晶区等轴晶数量较多且柱状晶明显细化，这与熔池流动机制与边界层厚度有关。

用不同能量密度的飞秒激光在不同辅助气压下对TiC陶瓷进行微孔加工，采用扫描电子显微镜（SEM）、微米X射线三维成像仪(Micro-CT)和X射线光电子能谱（XPS）对微孔的形貌和化学键进行了研究。结果表明，在不同能量密度下，微孔入口圆度均不小于99%，微孔出口圆度随能量密度的增加而增大，随后趋于稳定，最大出口圆度为95%。微孔锥度随辅助气压增大而增大，当能量密度为0.51 J/mm2、辅助气压为0.3 MPa时，微孔锥度最佳，其长轴锥度为-0.13°，短轴锥度为0.77°。激光加工过程中，C-C键、Ti-C键断裂，在微孔附近形成包含金属Ti、Ti2O3和TiO2等物质的残渣。最后对激光与材料的作用机制进行了探讨。

研究镀锌钢板搭接激光焊接技术对汽车工业激光焊接具有重要意义。研究了搭接间隙对光纤激光焊接镀锌钢板焊缝成形和接头机械性能的影响，分析了预留间隙法解决镀锌钢板搭接激光焊中高压锌蒸气对焊缝的不良影响的机理，通过实验研究了激光功率和搭接间隙的工艺参数范围。研究结果表明，对于1.35 mm板厚的HC260LAD+Z 100 MB镀锌钢板搭接激光焊，间隙大于0.1 mm时，可以很好地抑制锌蒸气造成的焊接缺陷；间隙约为0.15 mm时，焊缝熔深达到最大值；4 kW激光功率对间隙的容忍度较大，对于0.05～0.2 mm板间间隙都可以得到良好的焊缝。

提出了一种逐行获取信息的阅读文档(RW)模型，并利用该模型等效并推导出二维激光在二维空间定尺切割移动材料的路径关系。根据分析的路径和延迟的阶跃函数确定半连续、连续恒速、连续变速切割的路径算法。在理想情况下，只要设定好光刀均匀一致切割速度νy、光刀在二维空间最大偏离坐标(x0 , y0)、切割材料的最小尺寸LMIN，就可以根据切割路径适当调节辅助切割过程中光刀移动速度ν0和被切割体进给速度νx，实现对运动材料的连续切割，并且通过Pro/E运动仿真模拟和单位时间切割效率验证，所提出的G(t)符合恒速体连续切割路径算法，且满足约束限制下，一个周期内可实现两段材料的连续剪切。

主要研究航空常用材料TiAl合金激光冲击强化效果，当激光诱导产生的冲击波大于TiAl合金的动态屈服强度时，材料表面发生塑性变形，并引入大量的位错等晶体缺陷，从而达到表面强化的目的。通过调整激光冲击的次数和激光的能量等因素，得到不同工艺参数下TiAl合金的显微硬度和表面粗糙度。对其微观结构进行透射电镜观察，并与未进行冲击的试样进行对比分析，可以看出激光冲击强化可以有效地提高受冲击表面的位错密度，当位错运动受阻形成位错线的塞积，导致位错缠结；位错受到晶界的阻碍在晶界堆积，形成位错墙，位错墙与位错缠结最终导致亚晶界的形成，为后期晶粒细化做准备，通过分析激光冲击强化机制，揭示了位错密度是材料表面力学性能提高的本质。

利用半导体激光器在汽轮机末级叶片材料17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金涂层，然后分别制备17-4PH不锈钢、17-4PH不锈钢表面激光熔覆和17-4PH不锈钢表面激光熔覆后经550 ℃×6 h热处理的疲劳试样，进行高周拉压疲劳试验,并对疲劳断口进行扫描电镜（SEM）分析。试验结果表明：在107循环周次条件下，基材17-4PH不锈钢的疲劳极限为470 MPa，基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层试样的疲劳极限下降到380 MPa,而基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层经过热处理后的试样可达到440 MPa；基材17-4PH不锈钢的裂纹源通常位于表面、近表面或内部缺陷处，裂纹扩展区具有明显的疲劳辉纹特征，瞬断区为韧窝特征；而熔覆试样的裂纹源位于熔覆层侧的缺陷处或熔覆层与基体的界面结合处，然后向熔覆层和基体两侧扩展，熔覆层侧呈脆性沿晶断裂，基体呈韧性疲劳断裂。

采用具有价格低、体积小、寿命长、重复率高等优点的脉冲激光二极管，搭建了一套光学分辨模式的小型化光声显微成像系统，并获得了碳纤维原丝和微血管网络样品的光声显微成像。实验中，脉冲激光二极管光源由三维平移台驱动做C型扫描逐点激发，产生的光声信号由1-3复合材料超宽带超声传感器接收。实验表明，接收的光声数据信噪比可达约11 dB，该系统的横向分辨率在上一代系统样机500 μm的基础上提高到1.5 μm，有望发展成为一种低成本、实时、便携式的高分辨率光声显微成像技术。

提出了全光纤结构的光纤环被动锁相相干合成方案，在自制的光纤放大器基础上，实现了四路光纤激光的全光纤被动锁相相干合成。对合成的开环闭环功率、光谱、远场光斑图样、系统锁相带宽等特性进行了研究。系统开环时，输出功率在71~271 mW之间起伏，系统闭环后，输出功率稳定在412 mW左右，较开环平均功率提高了2.1倍，说明该方案能够实现有效的相位锁定。系统锁相带宽大于50 kHz，具有较好的稳定锁相能力。通过提高各路光纤放大器的功率和采用承受功率更高的合束器，有望获得更高功率的相干合成输出。

利用相位调制法研究了调制电压与调制频率对2 μm光纤激光受激布里渊散射(SBS)效应抑制效果的影响。实验观测了当SBS产生时，Stokes光的频移约0.17 nm，对应激光功率约为120 mW。用半波电压为3.5 V的电光相位调制器对激光进行相位调制，当调制频率为1 MHz和5 MHz，调制电压为4 V时，SBS阈值分别为250 mW和440 mW。固定调制电压，提高调制频率，阈值功率持续提升。调制频率大于30 MHz时，在允许承受的功率范围内，未观测到SBS产生。

为解决Allan方差计算的平均时间只能够达到数据持续时间长度的一半，以及长相关时间下置信度较低的问题，根据光纤陀螺随机误差信号的频率特性，提出了采用#1理论方差对光学陀螺的随机误差特性进行分析的方法。分析比较了Allan方差和#1理论方差的性质和特点，并对比了两者分析白噪声特性以及辨识光纤陀螺实测数据中随机噪声的类型和噪声水平的结果。结果表明，当相关时间较长时，#1理论方差值和实际的幂律谱噪声的行为特征不仅一致；且能够比Allan方差更有效提高方差估计值的置信度，估计精度优于Allan方差方法。

多芯光子晶体光纤(MCPCF)是实现高功率超连续谱输出的一个重要研究方向，而如何解决多芯光子晶体光纤的低损耗熔接问题是实现全光纤化的关键。介绍了一种通过选择性空气孔塌缩技术实现七芯光子晶体光纤低损耗熔接的方法。数值模拟了处理前后七芯光子晶体光纤的模场特性以及对熔接损耗的影响。实验上对七芯光子晶体光纤进行了选择性空气孔塌缩处理，实现了和纤芯直径为15 μm的双包层光纤的低损耗熔接，损耗值为0.22 dB。

对准位相匹配砷化镓（GaAs）晶体扩散键合制备方法进行了研究。采用超高真空预键合-高温退火方法，在不同载荷压力条件下，完成了三组准位相匹配GaAs倍频晶体的制备。准位相匹配结构的极化周期长度为219 μm，堆叠层数44层，直径18 mm，有效通光孔径达到15 mm，在通光面未镀膜条件下，最高的基频光与倍频光透射率在30%以上。以主脉冲宽度90 ns，拖尾宽度2~6 μs的横向激励大气压(TEA)-CO2激光器作为基频光光源，通过调谐基频光波长，在4.63~5.37 μm波段内得到了效率大于4%的倍频输出。当基频光波长为10.68 μm，主脉冲能量为409 mJ，晶体接收基频光功率密度达到3.65 MW/cm2时，得到了单脉冲能量26.9 mJ，峰值功率298 kW，倍频效率达到6.58%的倍频输出。

制备了Er3+/Yb3+共掺氟化物基质颗粒并对其吸收光谱进行测试。研究了不同基质、煅烧温度以及不同的Er3+/Yb3+共掺比例对颗粒在980 nm及1550 nm波段附近吸收特性的影响。应用Judd-Ofelt(J-O)理论对样品光谱进行了分析，拟合得到强度参数为Ω2=9.9887，Ω4=2.7333，Ω6=0.4868。结果表明，样品通过高温热处理提高了声子辅助跃迁几率，提高了能量转化效率。Er3+/Yb3+以16比例混合共掺时吸收性能最好。J-O理论分析表明，氟化物颗粒有较低的声子能量，Er3+/Yb3+共掺氟化物材料具有较好的红外吸波特性，是一种很好的红外上转换材料。

介绍了相移Rugate薄膜空间滤波器的基本结构和原理, 设计了相移Rugate薄膜滤波器，根据实际制备的条件进行了误差分析，给出了制备技术需要达到的精度和所需要的薄膜材料的消光系数，计算了相应的损耗，并分析了空间滤波器内部的电场分布。

利用热力学统计理论及薄膜生长理论，给出了薄膜堆积密度、折射率与基底温度之间的关系。在实验中采用电子束热蒸发技术，在不同的沉积速率和基底温度下制备了单层二氧化硅薄膜。研究了沉积速率与薄膜表面均匀度及折射率的关系，并着重分析了基底温度对薄膜折射率、透射率、表面形貌及微观结构的影响。实验结果表明：基底温度升高，薄膜表面粗糙度减小，晶粒间隙缩小，折射率增加，透射率提高，吸收度降低。且当基底温度为500 ℃时，在可见光区域SiO2薄膜的透射率可达99.4%以上。对实验数据进行拟合，理论计算与实验结果符合得很好。

为了实现高效、准确的检测和定位微结构如光刻掩模版的边缘轮廓，提出了一种差动共焦显微(DCM)边缘轮廓检测方法，并对该方法进行了原理仿真分析和实验验证。该方法具有在焦点的过零阶跃触发特性。利用该特性，该方法可以实时得到样品二值化边缘轮廓图像，极大地提高了边缘轮廓检测效率。理论分析和仿真表明，该方法边缘定位准确，不受边缘形状、方向和样品有效反射率的影响，可以有效抑制噪声和干扰。5 μm周期台阶标准样品周期测量对比实验表明，该方法所得边缘轮廓能够实现高精度的横向尺寸测量,因此能够用于微结构的快速工业边缘轮廓成像检测。

InGaAs PIN光电探测器在空间遥感、卫星通讯等方面有着广泛的应用。利用358 K恒温加速老化实验研究探测器长时间稳定工作时输出电信号噪声的演化规律，并在此基础上，通过对比老化前后探测器的线性区及其噪声温度特性，讨论了探测器在长期工作过程中的失效情况。结果表明，在连续工作大约10.8年后，探测器本底噪声中热噪声增加了约20%，暗电流噪声增大了约0.35%。探测器的线性区范围下降了约10%。得到因长期工作而修正的探测器噪声模型。

运用数字全息测量技术对声悬浮场中煤粉颗粒的冷态、热态现象进行了实验研究。通过电荷耦合器件(CCD)记录煤粉颗粒的冷热态全息图，应用小波变换对图像进行重建，获得同一煤粉颗粒在不同投影面下的粒径以及空间位置。重点分析了煤粉在CO2激光器照射下，挥发分析出及颗粒破碎现象，挥发分只在竖直方向析出，且主要集中在尖角处。破碎形成的颗粒大小不一，位置比较随机，z轴方向距离较大。通过分析热态时颗粒粒径随时间的变化，获得了颗粒的燃烧速度，同时给出了颗粒z轴位置随时间的变化。实验结果表明数字全息技术可以应用于声悬浮场中煤粉颗粒燃烧时的测量，是研究煤粉燃烧的有力工具。

为进一步优化激光全息干涉实验中的光束参数，获得性质稳定、品质优良的光子结构，基于多光束干涉理论，以2束和3束线偏振光干涉为例，定量和定性模拟了光强与偏振的非均匀性对全息干涉结构的影响。结果表明，随着光束偏振角度差值和光强非均匀性的增大，衬比度呈现递减的趋势，且光束入射角越大，这种影响越小。三束光干涉中偏振和光强变化改变光束的波矢差，从而改变干涉格点形状和衬比度。为全息干涉实验中光强与偏振的控制和调谐提供了理论指导，可促进光学微结构的制备和优化。

太赫兹(THz)波具有的许多独特性质，使其非常适合应用于对人体的安检成像，但是目前原始太赫兹图像的信噪比、对比度和分辨率都有待改善。为提高太赫兹安检图像的质量，研究提出一种基于马尔可夫随机场理论的被动式太赫兹图像复原算法。对原始图像进行去噪和增强的预处理之后，在贝叶斯分析的基础上增加马尔可夫约束项进行图像复原。通过改变迭代次数和正则化参数，得到了清晰度不同的处理结果，经主客观评价指标分析确定了最佳的参数。实验结果证明，本算法可以在被动式太赫兹图像的噪声滤除和边缘信息保持上取得较好的平衡，从而大幅提高太赫兹安检图像的目标分辨能力。

大气偏振模式中包含了丰富的空间方位、地表特性以及大气层结构参数等信息，在偏振光导航、遥感探测等领域都具有重要的研究价值，但经典的理想大气偏振模式仿真模型同实际分布模式之间存在明显差异，不能准确表征混浊大气偏振模式的全局分布特性。因此，提出了一种混浊大气偏振模式的建模方法，该方法以三维天球大气模型为基础，用Monte Carlo方法模拟太阳光在大气中的传输过程，实现了对混浊大气偏振模式全局分布的建模。实验表明，建模仿真结果同混浊大气偏振模式的分布规律一致，偏振度分布模式同实际分布高度吻合，偏振角分布模式同实际分布模式具有相同的分布和变化特性，利用该模型可对混浊大气的偏振模式分布与变化特性进行分析和预测。

推导出了高斯谢尔(GSM)光束通过非Kolmogorov湍流大气传输的瑞利区间zR和湍流距离zT解析表达式，并研究了湍流参量（广义指数α、内尺度l0及外尺度L0）对部分相干光扩展的影响。研究表明，随着α的增大，zR先减小而后增大，且在α=3.11处时存在极小值，即光束扩展的极大值。zR随L0的减小而增大(仅当3.6<α<4时);zR随l0的增大而增大。当α>3.11时，α越大，l0对于zR的影响越小。值得指出的是：若相干参数β或束腰半径w0较小时，不论α取何值，在瑞利范围之内，湍流大气对光束扩展几乎不构成影响；相反，β或w0取较大值，不论α取何值，在瑞利区间范围内湍流大气对光束扩展都会产生明显的影响。此外，若β或w0取值在一定范围内，湍流大气是否能在瑞利区间范围内对光束扩展构成影响将与广义指数α相关。

交叉证认技术改进了基于经验模态分解(EMD)的激光雷达回波信号降噪方法。该方法在对激光雷达回波信号噪声特性和经典降噪方法缺陷进行研究的基础上，利用交叉证认技术自适应地识别雷达回波信号中的信号层和噪声层，再通过经验模态分解算法分离噪声和重构信号。通过仿真数据和实测雷达信号对比分析，该方法能够自适应地选择本征模函数中的信号层数，不但有效地滤除了各种随机噪声，而且保留了信号的有效信息特征，减少了信号损失，进而提高了后续数据处理的准确度。

提出了一种带有吸收介质的表面缺陷光子晶体结构，将表面波谐振原理和微孔板技术相结合，实现了样本溶液信息的高通量检测。根据分层传输矩阵法和Goos-Hnchen理论分析其折射率传感机理，建立谐振角度与样本折射率变化的理论模型。结合微孔板和角度调制，在同一扫描周期中分别对不同传感区域的待测物实现光谱特性分析。结果表明，待测样本浓度变化将引起谐振角度的变化，进而使反射谱中的缺陷峰值波长产生漂移，并且单个周期角度扫描就可实现多个待测样本溶液信息的同时监测。该方法对高通量检测系统的设计具有一定的理论和技术参考价值。

差分吸收激光雷达是测量对流层臭氧时空分布的有力工具，利用差分吸收激光雷达在灰霾条件下开展观测研究，分析了臭氧浓度时空分布特征。结果表明：在夏季副热带高压大气天气条件下，受偏南风气团输送的影响，6月中旬形成一次高浓度的臭氧污染过程。6月14日夜间至6月15日中午离地面1.5~2 km高度的臭氧气团浓度(即体积分数)高达1.2×10-7以上，下午臭氧气团出现下沉，从而引起当日下午近地面臭氧浓度的升高。在灰霾天气过程中，细颗粒物与臭氧分布在不同高度上具有不同的关联特征，地面颗粒物充分参与了光化学反应过程，而高空高浓度的颗粒物和臭氧气体则与输送有关。晴朗天气下的臭氧浓度在整个空间尺度上都有不同程度的下降，并且没有出现明显的外部输入气团。

针对目前国家军用标准(GJB)方法对火炮炮膛轴线偏离射面的偏离角度测量方法中存在的精度低、效率低、工作人员多、结构分散等问题，提出了一种新型火炮偏离角度的测量方法。方法基于三维(3D)激光雷达空间点三维坐标测量原理，采用火炮身管粘贴标准靶球，通过测量标准靶球空间点的球坐标解算出调炮前后两条空间直线方程，并经空间向量投影，转换为在投影面上进行直线方程的求解，进而求得火炮偏离角，并用微分法进行测量精度分析及计算。分析了该方法的原理、测量过程并与现行GJB方法进行比较，实验数据表明使用该方法对火炮偏离角进行测量的效率和精度都有明显提高。

为了深入研究激光诱导等离子体的物理特性，提高激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的测量精度和可靠性，对激光诱导等离子体的时间演化过程进行了实验研究。采用ICCD相机对激光诱导铝合金等离子体进行快速成像，发现激光诱导铝合金等离子体的寿命大约为30 μs，等离子体呈现明显的分层结构，并且不同区域的面积和温度在等离子体的时间演化过程中呈现不同的特征。通过玻尔兹曼斜线法和Stark展宽法计算了铝合金等离子体电子温度和电子数密度的时间演化规律。实验结果表明，等离子体的电子激发温度在6000 K~9000 K之间，且前3 μs下降较快；等离子体电子数密度为1017 cm-3量级，并随ICCD探测延迟时间缓慢降低。等离子体电子温度和电子数密度的时间演化规律与ICCD相机快速成像结果一致。

紫外(UV)波段是靶场光电测量的重要方式，但紫外波段目标信号弱，可选取的光学材料很少，这都为高分辨率紫外观测带来了困难。设计的用于靶场的大相对孔径长焦距紫外望远系统解决了上述问题，利用折反系统与二次成像的方法获得F数2、焦长400 mm、视场1°、波段范围250~400 nm的紫外光学系统。经过光学软件分析，望远系统各视场奈奎斯特频率（38 lp/mm）调制传递函数(MTF)分别高于0.7。考虑到外场环境的适应性，进一步考察了望远系统在-40 ℃~60 ℃环境下的调焦量以及成像质量，分析结果表明，各温度下调焦后的奈奎斯特频率MTF均优于0.5，设计结果满足靶场设计指标与实际应用需求。

基于目前国内对于细胞工厂（1~40层培养皿）监测观察方法的局限性，为了方便观察，节省时间，提高工作效率，设计出一款用于监测“细胞工厂”中培养细胞的长工作距离的视频显微物镜。设计利用卡塞格林反射系统，放大倍率为5×，工作距离85 mm，数值孔径(NA)达到0.3，根据培养皿中的细胞大小，经过计算，运用ZEMAX软件进行模拟，配以维视图像生产的MV-200UC 1/3″电荷耦合器件(CCD)进行观察，接以视频显示器二次放大，总放大倍率M在200倍左右，系统分辨的最小距离在1.1 μm左右，满足分辨培养皿细胞的要求。

针对早期研制的激光直写装置存在的刻写速度慢、功能不够完善的缺点，重新设计并搭建了一套小型激光直写光刻系统。该系统采用波长405 nm可高速模拟调制的单横模半导体激光器作为刻写光源，结构更为简单紧凑；采用正弦振荡模式控制纳米平台运动，大幅度提高了刻写速度；增加了刻写光源功率校正功能、基于互补金属氧化物半导体(CMOS)相机的样品观察功能、蓝光共聚焦成像功能以及刻录光源功率衰减以实现一般光刻胶刻写的功能。通过记忆调焦数据，刻写蓝光、辅助聚焦红光以及样品观察绿光三束光分时工作，互不干扰。实验表明，该光刻系统可在光敏薄膜材料上进行打点、刻画矢量和标量图形等多种操作，刻写范围200 μm×200 μm，最少用时100 s，刻写分辨率在250 nm以内。