研制了一台高重复频率电光调Q单纵模主振荡激光器。利用高速电子电路负反馈控制系统，在激光器谐振腔内引入一个随光强动态变化的损耗，建立了准连续的预激光状态，在此基础上进行电光调Q，加上谐振反射器的纵模选择作用，最终实现了稳定的单纵模输出。激光重复频率为1 kHz，脉冲宽度为15 ns，最高脉冲能量为2 mJ，在30 min时间内，单纵模几率达100%。激光器结构紧凑，系统简单可靠，已成功应用于激光振荡-放大系统的振荡器中。

采用横向啁啾体布拉格光栅作为二极管激光器的外腔，实现一种简单易行的窄谱线宽、波长稳定且连续可调谐的外腔二极管激光器。实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的波长稳定性及谱宽压窄特性，分析了横向啁啾体布拉格光栅的波长调谐特性及其功率特性，研究表明，在横向啁啾体布拉格光栅外腔反馈的作用下，二极管激光器输出光谱的中心波长得到了锁定，同时输出谱线宽度显著变窄，通过横向移动啁啾体布拉格光栅的相对位置，可以实现外腔二极管激光器输出光谱的连续调谐，连续可调范围为800~815 nm，在整个可调范围内谱的半峰全宽（FWHM）小于0.3 nm，最大输出功率为2.01 W，输出功率偏移度小于1.5%。

基于扩展的标量非线性薛定谔方程，理论研究了不同抽运方式对正色散腔被动锁模掺镱光纤激光器输出特性的影响。结果表明，在初始总增益相同条件下，对于给定的增益饱和能量，反向抽运时耗散孤子的光谱宽度和脉冲宽度均比正向抽运时小，而对应的脉冲峰值功率比正向抽运时高，并且反向抽运时脉冲的啁啾线性拟合度相比正向抽运时低。当增益饱和能量相同时，正、反向抽运获得的耗散孤子的能量相等，但两种抽运方式下耗散孤子的光谱和时域波形的差异程度随增益饱和能量的增加而增大。

连续可调谐的紫外激光一般通过红外或可见激光进行外腔倍频获得，然而倍频腔锁定电路的带宽限制了激光器的调谐性能。将前馈控制方法用于中性汞原子激光冷却的四倍频紫外激光器，即在调谐基频激光频率的同时，同步调节级联的两个倍频腔。这不仅降低了激光器频率调谐中引入的功率噪声，还提高了紫外激光器的频率调谐范围，使得紫外激光器的调谐能力得到大幅提高。通过汞原子的亚多普勒磁致双色光谱进行激光频率锁定，发现前馈控制电路的应用能降低激光的频率噪声。在汞原子光谱和激光冷却实验中，紫外激光的可调谐性和稳定性的提高将会带来很多优势。

为实现垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）大功率窄线宽输出，设计了浅面浮雕矩形台面结构的垂直腔面发射激光器（SR VCSEL）。电流密度分布会影响模式的分布，模拟结果表明，矩形台面VCSEL相比于圆形台面VCSEL，在有源区面积增大的情况下，电流密度分布不变。在矩形台面VCSEL出光孔表面刻蚀浅面浮雕后，高阶模式比基模的阈值增益的变化大，基模对高阶模式的抑制增强。理论结果表明，矩形浅面浮雕结构的VCSEL能够实现对高阶模式的抑制，测试结果得到连续输出为5.87 mW，光谱宽度为0.1 nm，功率偏振度为10，横向模式抑制比超过30 dB的窄线宽输出。

提出基于8字型结构布里渊多波长光纤激光器的可调谐高频微波的产生方法,该结构耦合输出奇次阶斯托克斯光，从而实现间隔约为20 GHz或0.16 nm的双波长激光信号输出，第一阶斯托克斯光和第三阶斯托克斯光功率变化在±0.35 dB以内。双波长激光信号通过外差的方式进入高速光电探测器产生21.39 GHz的微波信号，所得到微波信号的信噪比约为20 dB，通过拟合得到3 dB线宽约为2 MHz，微波信号功率变化在±0.75 dB以内。并对比抽运光和第二阶斯托克斯光拍频的微波信号线宽，线宽约为2 MHz。通过调节抽运光的波长实现了微波信号可调谐，范围为±0.28 GHz。实验结果说明，所提结构可实现近20 GHz的可调谐微波信号，对进一步提高微波信号的质量进行了分析。

由Van Cittert-Zernike提出的部分相干光定理出发，研究了大功率垂直腔面发射激光器(VCSEL)及其列阵器件的空间相干特性。采用杨氏双缝干涉实验装置得到980 nm波段VCSEL单管器件的干涉条纹图样，再将干涉图样转换进行灰度读取处理得到光强分布图样，最后分别采用积分法和平均值法对光强图样进行计算，所得结果与由Van Cittert-Zernike定理所得的空间相干度理论值进行对比，并讨论了VCSEL器件发光孔径对其空间相干度的影响。实验结果表明提出的积分法计算出的空间相干度与理论值的误差在2.5%～37.4%。而常用的平均值法所得结果与理论值的误差为7.5%～120.5%。可见，传统算法误差普遍大于积分算法1.5～27倍。出光孔径在200～500 μm的单管VCSEL器件相干度在0.731~0.426之间，且发光孔径越小，其相干度越大。分析了积分平均值法和传统平均值法的优劣及VCSEL器件出光孔径对相干特性的影响，为VCSEL相干列阵的设计提供了必要的理论和实验依据。

实验研究了圆孔衍射调制下的强激光在克尔非线性介质中的传输特性。观测了小尺度自聚焦效应引起的多细丝形成、单根细丝演化以及细丝之间相互作用过程。结果表明： 在非线性传输过程中，衍射调制光束在空间特定位置出现调制增长，导致光束分裂形成多路细丝；单根细丝的强度并非无限增长，而是达到一定值后通过锥形发射释放多余能量，同时与背景光相互作用形成新细丝；相距较近的细丝之间通过干涉相互作用，使其在附近区域形成新的细丝。

腔镜准直是多程放大光路准直中的基础，针对高功率固体激光装置多束组并行准直对腔镜准直的要求，提出一套基于衍射对称性的腔镜准直算法，可以避免腔镜准直受到图像质量的影响而导致精度偏低。在神光Ⅲ主机装置上进行了该腔镜准直算法的实验验证，实验结果表明，相对于传统算法，采用基于衍射对称性的腔镜准直算法，可以将腔镜准直精度由8 μrad提升至3.96 μrad。

线结构光扫描法是一种常用的三维探测方法，它可以应用于水下和空气中进行目标的探测。在目前线结构光扫描三维重建理论的基础上，研究了同时获取三维信息和颜色信息的方法。红、绿、蓝激光作为三色光源，依据颜色混合原理，进行相应颜色空间变换，用于水下物体的三维真彩色恢复。结果表明，物体的颜色恢复到人眼的视觉效果,并且目标物体的三维信息重建精度达到毫米量级。

光化学还原方法可以合成金属纳米颗粒并同时实现纳米颗粒形貌和尺寸的控制，是贵金属纳米颗粒合成领域的研究热点之一。提出了一种制备大面积表面金属光栅的方法，利用光化学还原方法合成了金纳米颗粒，并通过双光束干涉的方法在玻璃基底上沉积生成金纳米颗粒光栅，制备出具有一定耦合效率的表面等离子激元(SPP)耦合光栅。金纳米颗粒光栅结构的周期和表面起伏可以通过诱导光参数的改变得以调节。经400 ℃下半个小时的退火处理后，光栅结构变得更加光滑，其表面等离子激元激发角更接近理论值。

在2.5 mm厚6061铝合金光纤激光穿透焊接实验的基础上，着重研究了焊接热输入对焊缝成形的影响。结果表明，光纤激光穿透焊的焊缝熔宽随焊接热输入的增加而增加，且背面熔宽的增幅更快。激光功率越高，获得稳定全熔透焊缝的热输入调节范围越大。焊接接头熔合区附近为柱状晶组织，焊缝中心为柱状晶和等轴晶的混合组织。随焊接热输入的逐渐降低，焊缝区显微组织逐渐细化，且混合组织中等轴晶所占比例逐渐减少。另外，随热输入的逐渐降低，焊缝区的平均显微硬度缓慢增长，焊缝区上部和下部的显微硬度数据分散性逐渐减小，当焊接热输入约为90 J/mm时，焊缝上部和下部的显微硬度对称性最好。

陶瓷材料的性能优越，但是表面质量差，采用短波长激光抛光技术可以有效提高陶瓷材料表面质量。针对紫外激光抛光Al2O3陶瓷过程中可能存在的熔化、汽化、微裂纹、材料的熔融飞溅和光化学作用等不同的作用形式进行了实验研究。通过对抛光后表面形貌特征进行观测，研究了紫外激光抛光Al2O3陶瓷的作用机理，并分析了高能量密度下产生的白色粉末的形貌、附着力、组成成分和主要物相，进一步确定了紫外激光抛光Al2O3陶瓷的作用机制。

采用激光熔覆技术在38CrMoAl钢表面制备了不同纳米TiC/C添加量的镍基复合涂层。利用现代微观分析技术和性能检测手段，系统分析了纳米TiC/C添加量对镍基复合涂层微观组织形貌和性能的影响规律。结果表明，不同纳米TiC/C添加量镍基复合涂层主要是由γ-Ni、Ni3B和M23C6相组成。但有所不同的是，随着纳米TiC/C添加量的增加，γ-Ni树枝晶的数量呈现出先增后减的变化趋势，而其尺寸的变化趋势则相反。在纳米TiC/C的质量分数超过3.5%时，组织中开始有明显TiC颗粒存在，且其数量和尺寸呈逐渐增加的变化趋势。由于受晶粒细化和TiC硬质强化这两个关键因素的影响，复合涂层的硬度随着纳米TiC/C添加量的增加而升高，而耐磨性则在纳米TiC/C添加量为5.0%时达到最高，其源于细小TiC硬质相低的缺陷及其与周围基体高的协调变形能力。

利用带有预气化脉冲的激光束，对Ti6Al4V钛合金进行激光点焊胶接复合连接实验，分析了胶层分解后产生的残余碳对激光点焊胶接复合接头内组织和性能产生的影响。研究结果表明，胶层分解后产生的残余碳会使钛合金的激光点焊胶接复合接头中出现大量的TiC，并且在焊点与胶层接触的界面处生成以TiC为主的界面反应区。对钛合金激光点焊胶接复合接头内部组织产生影响的残余碳主要是在预气化脉冲过程中分解所产生的，而形成界面反应区的残余碳则主要来源于后续的胶层回流现象。TiC的出现提高了钛金点焊胶接复合接头的显微硬度，但是不利于提高钛合金点焊焊接复合接头的承载能力。

激光切割液晶玻璃是一个复杂的激光与材料相互作用的过程。在使用热裂法切割液晶玻璃时，裂纹尖端的应力强度因子(SIF)的大小是决定裂纹是否扩展的关键。使用热权函数技术计算了激光切割过程中裂纹尖端SIF的大小，与断裂判据相比较判断裂纹的扩展情况。研究了激光功率、光斑半径、切割速度和裂纹长度对切割过程中裂纹尖端SIF的影响，结果表明激光功率越大、切割速度越小、光斑半径越小时，裂尖SIF的增大速度越快、峰值越大以及不同裂纹长度下裂尖SIF的增大速度和峰值也不同。并通过实验进行验证，说明了该技术的可行性。

分别对置于铜、钛及耐火砖导热台上的Ni-33%Sn(质量分数,下同)合金进行激光熔凝实验，以研究不同的导热条件下激光重熔对Ni-33%Sn合金微观组织的影响。结果显示，在Ni-33%Sn合金试样被熔透的条件下，三种不同导热台上试样微观组织比较相似，熔池底部均产生了反常共晶组织，并且铜台上试样反常共晶区域明显大于其他两种导热台。分析认为，试样熔池底部的自由形核及快速生长导致了反常共晶的产生，而熔池两侧的外延生长行为以及熔池底部在经历高速自由形核生长后的外延生长条件的建立，使得只能在熔池底部的小区域内形成反常共晶。铜导热台由于具有更大的导热系数使得铜台上试样在底部有更大的冷却速率，从而获得更大的形核区域，所以该导热台上试样底部反常共晶区域要大于其他两种导热台的共晶区域。

在介入式内窥手术中，需要对手术器械精确定位。传统电磁定位(EMT)方法因稳键性低、复杂度高，难以应用于临床。为解决上述问题，在电磁系统的基础上加入惯性传感单元(IMU)，实现了多传感定位方法。多种传感信息的融合可提高系统的抗干扰能力。同时，惯性子系统可降低电磁系统的复杂度，提高整体的实用性。实验结果表明，姿态跟踪误差低于1°，位置定位误差低于3 mm；即使存在干扰，姿态误差也可被控制在3.5°以内。精度达到临床应用要求。

探讨低能量激光照射是否对体外培养的成骨细胞增殖过程中的hedgehog信号通路产生影响，揭示低能量激光照射促进骨形成的分子学机制，为其在口腔种植的临床应用提供理论依据。体外培养小鼠成骨样细胞系MC3T3-E1，用hedgehog信号通路增强剂N端hedgehog重组蛋白（N-Shh）、hedgehog信号通路抑制剂环巴胺对低能量激光照射后的MC3T3-E1进行干预，随机分为4组，采用细胞计数，MTS，流式细胞术检测照射后12，24，48，72 h成骨细胞的增殖活性。结果显示，与激光照射组相比，激光照射+N-Shh组的细胞增殖活性明显增加，激光照射环巴胺组的细胞增殖活性明显降低，激光照射环巴胺组的细胞增殖活性仍高于对照组。研究发现低能量激光照射活化了成骨细胞增殖过程中的hedgehog信号通路，hedgehog信号通路是参与低能量激光照射调控成骨细胞增殖的通道之一。

为抑制循环频移器（RFS）中IQ调制器的非线性引起的三阶串扰，提高多载波光源输出的平坦度和载噪比，提出了基于线性IQ调制器(LIQM)的循环频移器结构（LIQM-RFS）的多载波产生方案。理论分析得出线性IQ调制器在有效抑制三阶串扰的情况下，对射频信号驱动电压的选择范围是IQ调制器的两倍，特别是能够在一阶信号转换效率较高的范围内实现对三阶串扰的抑制。利用这一特性，基于LIQM-RFS的多载波发生器在保证输出子载波平坦度的同时可以降低所需的掺铒光纤放大器(EDFA)增益，从而降低光纤放大器引起的自发辐射噪声的功率，提高载噪比。仿真结果表明基于LIQM-RFS的多载波发生器输出载波的载噪比较传统RFS提高约9 dB，同时可以保证约2.95 dB的平坦度。

根据轨道角动量（OAM）密度的定义，推导出高阶贝塞尔光束和高阶拉盖尔高斯光束一样具有轨道角动量，且不存在发散角的问题，并基于该理论提出了一种适合基于高阶贝塞尔函数的OAM光束传输的折射率环状分布的光纤结构。理论分析了在这种折射率环状分布结构的光纤中可能传输的OAM模式，并且仿真得出了这几个OAM模式的强度分布图和相位分布图。理论分析的结果表明，光纤中可以传输的模式数目并不单纯随着某一个光纤结构参数的改变呈线性变化，而是取决于折射率环状分布光纤内径和外径分别对应的归一化频率V1和V2的区间内所有阶贝塞尔函数根的总数目。

采用两级放大结构，利用光纤环形镜（FLM）并结合两根光纤光栅（FBG）进行增益平坦和增益控制，搭建了全光增益控制的增益平坦型高功率光纤放大器，实验测试了放大器的输出性能。放大器最大输出功率为1.399 W。在1535~1547 nm范围内，增益不平坦度为±0.75 dB。研究了信道在小功率和大功率信号输入条件下，放大器的增益控制特性，当信道2的功率在-33.7 dBm~-2.5 dBm和-14.8 dBm~16.4 dBm范围内变化时，剩余信道1的增益漂移范围可以分别达到0.04 dB和0.06 dB。

针对现有模式复用器的不足，根据有效折射率匹配效应，设计一种非对称平面光波导型模式复用/解复用器。波导结构由1个波导主臂和2个波导分支臂组成。研究了波导各项参数的确定准则，仿真分析了不同的波导底面宽度比对模式复用/解复用性能的影响，确定了最佳的波导底面宽度比，分析了基模和一阶模在波导中的传输过程和光场能量流动情况。结果表明：非对称平面光波导型模式复用/解复用器具有良好的模式复用和解复用性能，并且可以高效率地实现模式之间的转换，具有结构简单、模式转换效率较高、易于集成等优点。

为了满足加工和制作光子晶体光纤器件时的方位角定位需求，提出基于激光前向散射图案的方位角确定方法。用波长为650nm的激光垂直照射在光子晶体光纤的侧面，拍摄前向散射图案同时实时记录光子晶体光纤端面的显微图像。选取前向散射图案的局部区域强度之和为特征值，通过比较分析得出当求取前向散射图案半幅散射条纹强度值总和时，其特征值变化规律与光子晶体光纤内部轴向结构相对应，可用于光子晶体光纤特殊方位角的确定。在三种不同结构的光子晶体光纤的特殊方位角定位中，该方法的定位精度均小于0.5°，充分证实了该方法的有效性和普适性。提出的光子晶体光纤轴向特殊方位角确定方法简单实用、定位精确，将在光子晶体光纤器件加工中发挥重要的作用。

针对高功率光纤激光器在实际应用过程中所面临的高效耦合及激光输出质量问题，自行设计了大模场微结构光纤的波导结构，采用集束拉丝技术制备了纤芯直径41 μm、内包层数值孔径0.62、纤芯数值孔径0.05、有效模场面积约530 μm2的掺镱微结构光纤。在抽运功率为35.0 W的条件下，获得的单模激光输出功率为19.1 W，斜率效率为55.2%，光束质量因子M2小于1.01。

由于布里渊光时域反射(BOTDR)系统中布里渊散射信号非常微弱，常常导致传感距离受限，进而影响系统的信噪比和测量精度。因此，提出对BOTDR系统中布里渊散射信号的前向和后向拉曼放大进行研究。实验结果表明，后向抽运拉曼放大的受激布里渊散射(SBS)阈值要比前向抽运的高；当抽运功率为700 mW时，前向抽运放大增益可达13.78 dB，随后出现二阶布里渊散射谱线，使得放大增益开始下降；当抽运功率为1000 mW时，后向抽运放大增益可达16.33 dB，随后放大增益仍有增长的趋势，有利于对布里渊背向散射信号持续放大。

光学气敏材料吸附气体分子后导致光学性质发生变化，运用这一原理来检测环境中的气体成分，称为光学气敏效应。采用基于密度泛函理论(DFT)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法，研究了光学气敏材料金红石相TiO2(110)表面吸附H2S分子的微观特性，计算了TiO2(110)表面吸附能、电荷密度、态密度和光学性质的变化。结果表明，TiO2最稳定的表面是终止于二配位O原子的(110)面，只有含有氧空位的表面才能稳定吸附H2S，且氧空位比例越高，越有助于H2S吸附于表面；表面吸附H2S以水平吸附方式为主，在氧空位比例达到33%时，吸附能为0.7985 eV；吸附的实质是表面氧空位具有氧化性，氧化了H2S分子。在可见光400~760 nm范围内，存在氧空位的TiO2(110)表面吸附H2S后都可改善表面的光学性质。氧空位缺陷浓度越高，改善材料对可见光的吸收和反射能力越强，光学气敏响应能力越佳。

干涉测量是众多科学与工程领域广泛采用的精密计量手段。探索了一种方便可控的基于双光栅衍射的叠栅干涉相敏测角方法，可直接用于接近式光刻过程中掩模衬底的倾斜矫正及面内角调节，便于微纳米器件及微光电子系统集成等相关应用。本方法旨在分别利用双光栅多次衍射产生的对称与相似级次，实现（m，-m）级叠栅干涉与（m，0）级叠栅干涉，产生相位与二者相对倾斜角、面内角有关的场分布。分析推导了叠栅干涉测角的基本原理，然后介绍相应的（m，-m）级与（m，0）级干涉测角方案设计。具体而言，二者均类似地根据条纹偏转及频率变化分别以离轴与同轴的方式监测倾斜及面内偏转角度。设计相应的组合光栅标记进行实验验证。实验结果及分析表明，倾斜角与面内角的调节精度分别可达10-3 rad及10-4 rad。

惯性约束聚变(ICF)研究中对实验靶的瞄准和定位具有很高的精度要求，设计了一套基于中心辅助参考系统、靶定位系统和靶准直器三个单元组合的技术方案，借助有限元法分析了系统静态变形和瞬态稳定性，提出了束靶耦合的高分辨率平行光管精密校准方法，实现了神光II升级装置优于12 μm的靶瞄准和定位精度。该方案使得装置成功实现了Φ800 μm实验靶单路激光97.5%的穿孔效率，为后续相关物理实验的高精度靶瞄准和定位奠定了坚实的基础。

中红外为分子的基频吸收带，利用可调谐二极管吸收光谱（TDLAS）技术，扫描气体的单根吸收谱线，可以对温室气体进行高灵敏度探测。介绍了利用2704 nm波段激光器结合直接吸收的方法对温室气体进行探测的小型化光谱仪的研制。利用数字信号处理器(DSP)对吸收信号进行采集处理，并根据环境温度值和海拔高度对气体吸收浓度进行校正，同时对激光器波长进行锁定，保证了探测精度，最后对结果数据进行存储。系统采用电池供电，响应时间为1.6 s，检测限为5×10-7，实验对系统进行了长时间测试，验证了系统的稳定性和可行性。

提出一种基于二维经验模态分解(2D EMD)的像素匹配方法，并结合五步非等步算法应用于在线三维面形测量中。将一正弦条纹投影到在线匀速运动的待测物体上，物体运动产生等效相移，在一个条纹周期范围内任意采集五帧变形条纹图。采用2D EMD方法对变形条纹图进行分解，可以得到与待测物体形貌变化一致的模态图像，通过大津法对其进行二值化处理，并截取可靠性较高的区域作为像素匹配模板进行像素匹配，使各帧条纹图中物点一一对应并计算出相应的等效相移量。再利用五步非等步相移算法解相可得到截断相位，采用相位展开算法得到连续相位，利用相位高度映射公式可恢复出被测物体的三维面形。计算机模拟与实验验证了该方法的有效性。

为了改善激光测距数据处理中信号提取困难以及自动化程度还不高的现状，考虑激光测距数据的特征，结合二值图像处理和分析的技术提出一种新的提取测距信号的方法。先将原始数据映射为一幅二值图像，根据激光测距数据密度分布特点作第一次粗略的去噪，再根据信号形状特征作一次细去噪，将去噪后的图像矩阵逆映射回来。实验结果显示用于各种激光测距中的自动数据处理有很好的效果，可替代人工选点的激光测距数据提取方式。

大气湍流的随机变化对星地激光通信性能有所限制，高速激光通信对瞬时湍流特性的描述提出新的要求。基于剪切干涉法对大气相干长度进行直接、实时测量。通过测量经过大气扰动的畸变光波前的剪切相位分布，利用满足各态历经随机过程条件时，相位结构函数的时间平均等于系综平均的特点，结合Fried相位结构函数，得到实时的大气相干长度。采用波长为635 nm的光波进行1.2 km距离实验，成功测得了大气相干长度，并通过对比实验验证了其可行性，解决了在高速激光通信中，传统的测量大气相干长度方法在时间累积和统计分析方面的限制。

提出了一种基于小波变换的工件表面质量损失检测方法，采用二维激光扫描仪对工件表面进行测量，获取表面形貌信息，将测量到的三维点云数据类比于灰度图像中的像素点云，采用基于小波变换的边缘检测方法，提取工件表面损伤的特征，并对损伤区域进行定位，进而计算工件表面的体积损失及质量损失。针对钢材料工件表面的损伤，进行了检测实验研究。对钢材料表面质量损失检测验证了方案的可行性，实验结果表明待检工件的损伤质量检测精度可达毫克级，可用于大体积或大质量工件的表面损伤测量及材料性能的评估。

葡萄糖溶液折射率在科研、工业等多领域都有着很重要的应用，精确地测量出其折射率有着十分重要的意义。因此使用分光棱镜干涉法测量了不同浓度时不同温度下葡萄糖溶液的折射率，简单介绍了此方法的基本原理及装置并且测量出已知氯化钙溶液样品折射率，与文献值进行校准验证了其可靠性，精度高达10-4量级。为了更好地研究葡萄糖溶液的特性，同时测量了不同温度时葡萄糖溶液折射率的变化情况并且绘制成了图表，也对实验测量的误差进行了分析，所得结果可以为医学生物等提供帮助。

为了对双折射滤波器中晶体片厚度需要达到的精度进行定量分析，根据双折射滤波器的滤波原理，引入了晶体片材料的双折射率色散，得出了晶体片的厚度偏差、相位延迟量偏差、目标波长移动量之间的关系，最后进行了模拟验证。结果表明，对于铌酸锂晶体制作的晶体片，材料的双折射率色散是不可忽略的，基于它得到的厚度精度是保证滤波器性能的必要条件，这些研究结论对于高性能双折射滤波器的实际制作有重要的参考价值。

在液膜厚度测量时，通过选取液态水吸收截面不同的两个波长可消除除液态水吸收以外的其他信号衰减所造成的影响，如轻微的光束转向现象。但该方法仍较难消除在液膜蒸发过程后期由于液膜收缩所造成剧烈的光束转向现象的影响。基于双波长可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术测量透明石英玻璃板上液膜蒸发过程中膜厚的变化，并同时用图像法追踪液膜形状的变化，对剧烈的光束转向现象进行研究。在此基础上，通过在光电探测器前放置积分球，对已有的TDLAS液膜测量系统进行优化，以消除剧烈光束转向现象对膜厚测量的影响，并利用该系统分别测量了气流道内液膜形成过程和蒸发过程中液膜的厚度变化。

由于Gabor同轴数字全息适用于透过光能量远大于目标遮挡能量，因此，针对小目标的不同横向位置的再现性能研究具有重要的应用价值。进行了不同横向位置的2.52 THz Gabor同轴全息成像实验，将Tukey窗函数和角谱法结合实现二维再现，并对再现结果进行对比分析。实验结果表明，提出的算法抑制了孔径效应且整幅图像对比度也有所提高；靠近探测器中心部位的目标较处于探测器边缘附近的目标再现性能略好。

遥感图像受云雾影响对比度低，为了提高图像质量保留图像细节，提出了一种基于高斯混合模型的遥感图像增强算法。应用1×3滤波器平滑原图像的直方图再用期望最大化(EM)算法对直方图进行拟合，获取高斯混合模型的聚类最优参数，并根据聚类的有效交点将直方图分区。由高斯参数确定输出图像所属聚类的映射关系，得到最终的增强图像。实验结果表明，该方法能自适应确定最佳聚类个数，提高直方图拟合的运算速度，平均处理时间提高到0.37 s，在相关信息熵和纹理信息等的客观评价中，增强结果明显优于传统方法。有效地提高了遥感图像的对比度，同时保持了图像的细节信息。

提出利用开关窗口连续可调的太赫兹非对称解复用器(TOAD)实现对归零(RZ)码占空比的调节，分析了半导体光放大器(SOA)载流子恢复时间对伴随窗口的影响。实验上对2.5 Gb/s的RZ码占空比进行调节，实现了由50%（200 ps）压缩到25%（100 ps）和10%（40 ps），以及由25%展宽到50%。进一步研究结果表示，该结构对占空比展宽有上限，但对占空比的压缩上限远远不止实验中的40 ps，如果继续减小开关窗口宽度，利用该结构可以获得更小占空比RZ脉冲信号，实现皮秒甚至亚皮秒窄脉冲。

以发展近岸海域富营养化快速评价技术为目的，基于有色溶解有机物（CDOM）吸收光谱及三维荧光光谱（EEMs），结合溶氧(DO)、叶绿素a（Chl a）、浊度（Tur）等可现场检测的参数，利用平行因子分析（PARAFAC）、偏最小二乘回归（PLSR）等化学计量学方法，建立了近岸海域富营养化快速评价技术。利用PARAFAC解析CDOM的EEMs，得到3个荧光组分，即类腐殖质C1、C2及类蛋白质C3；选择a220、a254、a270、a350、C1、C2、C3等CDOM光学参数以及DO、Chl a、Tur等水质参数，考察其与总磷（TP）、总氮（TN）的相关性，在此基础上，以富营养化指数(TRIX)方法为参照，利用PLSR建立了富营养化评价模型，其训练集和验证集的相关系数分别为0.9721和0.9827，验证集的分类准确率为89.0%。结果表明以CDOM光学参数代替TP、TN发展近海富营养化快速评价技术具有可行性。

以汽油、煤油和柴油为研究对象，并将其作为整体研究，不考虑其中具体组分，利用荧光光谱分析技术，提出一种通过将光谱数据矩阵首尾相连，求取其包络线，利用其表观统计量（选用标准偏差、峰度系数和偏度系数）将三维光谱降为二维光谱的方法，该方法对于光谱有一定程度重叠但光谱形状相似性较低的体系有较好的适用性。结合聚类方法，对油种进行识别，识别率达98%，依据朗伯比尔定律，测定三种油类的荧光强度与浓度的拟合曲线，并对其进行定量分析，加标回收率可达95%以上。并与目前常用的平行因子法进行分辨效率的比较，在计算时间上提高了43%。

应用激光镊子拉曼光谱系统(LTRS)，实时分析不同温度下蚕豆14-3-3b可溶性蛋白和包涵体蛋白在重组大肠杆菌细胞中的动态表达水平。结果显示，14-3-3b可溶性蛋白与包涵体蛋白有明显不同的拉曼光谱特征峰，反映出两者在主链和侧链构象上的差异性；在28 ℃时，包涵体蛋白特征峰900，1033，1328，1415和1446 cm-1强度随着诱导时间延长而增加的幅度，明显大于可溶性蛋白的特征峰763，1002，1363，1451和1665 cm-1的增加幅度，16 ℃时诱导表达结果正好相反，可溶性蛋白的特征峰增强幅度显著大于包涵体蛋白，说明28 ℃诱导培养条件下，重组菌蛋白质过量表达以形成包涵体为主，16 ℃较低温度条件下以形成可溶性蛋白为主，正确折叠蛋白增加的信息可以通过光谱变化反映出来，在该温度下，蛋白质的正确折叠有利于细胞形成稳定的可溶性蛋白；另外，重组菌在相对低温条件下更多地表达含胱氨酸的非重组蛋白，可能与蛋白质折叠相关。LTRS技术可以在单个细胞水平上对大肠杆菌细胞过量表达可溶性蛋白和包涵体蛋白过程进行无损害、无标记的实时分析。

在气体质量流量测量系统中，波长调制光谱信号的谐波分量，特别是其二次谐波分量常被用作为检测对象，用于气体浓度、速度等信息的反演。基于波长调制原理，利用氧气（O2）分子在764.28 nm附近的吸收谱线，分析了常见线型的半峰全宽，得出了不同温度、压强下洛伦兹线型的适用范围；研究了O2分子吸收谱线在不同温度、压强条件下的二次谐波峰值；对不同温度、压强下，采用二次谐波峰值反演气体浓度产生的误差进行了分析，并提出了误差修正方法；分析了实验过程中当最佳调制深度不能够随着温度、压强即时调整的情况下，最优调制系数在不同温度、压强变化下的适用范围，并给出了误差修正公式。

为了有效改善基于无机材料的可变光衰减器（VOA）功耗大以及全聚合物VOA响应速度慢的问题，设计并研制了一种基于有机聚合物/无机SiO2材料的马赫曾德尔干涉仪(MZI)型VOA器件。根据脊型波导结构的单模传输条件，设计并优化了单模波导的截面尺寸，同时对器件结构进行了模拟，采用光刻和显影等工艺制备出功耗较低、响应速度快的VOA器件。在1550 nm通信波长下，器件的衰减范围为23 dB，最大功耗仅为14 mW，器件的上升时间为252 μs，下降时间为384 μs。实验结果表明，采用有机/无机混合波导结构，并通过对器件结构参数的优化，可以实现功耗低且响应快速的VOA器件。

在计算机控制光学表面成形（CCOS）技术中，由于边缘处压力分布的不均匀，会在工件边缘产生边缘效应，边缘效应会严重阻碍面形误差的收敛，边缘效应问题已成为数控加工技术中亟待解决的关键问题之一。针对边缘处压力阶跃分布模型和线性分布模型进行了理论仿真及实验验证，实验结果表明，对于方形工件，在露边量较大（实验中露边量为去除函数束径的1/3）和露边量较小(实验中露边量为去除函数束径的1/24)的情况下，两种模型得到的去除函数结果相差不大，都能够在一定程度上反映出实际结果；当露边量适中（实验中露边量为去除函数束径的1/6）时，线性模型下的去除函数更接近实验结果，阶跃模型在去除函数中心区域与实验结果偏离较大。

光电振荡器（OEO）是当前热门的一个研究问题，频率可调谐是它的一个重要性能指标。目前，频率可调谐的步长比较大，较好的也只能达125 MHz左右，还处于粗调谐水平。通过实验验证了一种基于电移相器实现的可精细调谐的OEO。该方案通过调节电移相器的偏置电压，改变环腔中振荡频率的相位，等效于改变环腔时延，最终实现环腔振荡频率的改变。由于移相器的相移量可以通过偏置电压进行细微调整，所以可以实现环腔振荡频率的精细调谐。实验中使用最大相移量为180°的电移相器实现了10.020~10.025 GHz约5.5 MHz范围内步长约为70 kHz的精细可调谐。