利用ABCD传输矩阵对多片串接正支非稳腔进行分析，给出了谐振腔最优参数，并利用谐振腔自再现条件计算不同薄片上的振荡光束尺寸，根据理想谐振腔阈值条件，得到谐振腔的输出能量。针对上述分析进行了实验验证，在非稳腔放大率为2.0、重复频率为25 Hz、脉宽为250 μs的条件下，输出单脉冲能量为10.52 J，斜效率为22.75%，实验结果与理论设计基本吻合。

基于啁啾光纤布拉格光栅（C-FBG）与半导体可饱和吸收镜(SESAM)相结合实现了光纤掺Yb3+线型锁模激光器。采用976 nm半导体激光器，以高掺杂浓度的掺Yb3+光纤作为增益介质，以SESAM作一端的反射镜，以C-FBG引入大的负色散，并作为另一端反射镜，最终获得了稳定皮秒脉冲序列的输出。其中心波长为1045 nm，平均功率为12 mW，基频重复频率为17.07 MHz，脉宽约为3 ps。详细讨论了高阶锁模光脉冲的演化方式。该锁模光纤激光器可以完全自启动，可以长时间稳定工作，有望成为高功率超短脉冲激光器的种子源。

通过测量晶体全口径正交偏振透射波前的干涉数据，建立了计算KDP晶体最佳偏转角的理论模型，并通过实验验证了理论的正确性和有效性。在探针激光工作稳定及环境温度稳定的情况下，理论预测值与实验结果的变化趋势相同，且差值在10.0 μrad以内。分析了影响测量精度的各种因素，找出了理论预估值与实验结果产生差异的主要原因。由单点模型推广建立了全口径KDP晶体最佳偏转角的计算模型，并且数值模拟了KDP晶体折射率不均匀性对晶体全口径最佳入射角和转换效率产生的影响。得到的结果为工程上实现大口径KDP晶体精密装校提供了理论指导。

飞秒激光器是激光频率测量系统——飞秒光梳的核心部件，其噪声、重复频率、脉冲宽度、光谱等参数决定了它在应用中的表现。报道了用于9.2 GHz基于光学腔超稳微波源的掺铒光纤飞秒激光器的研制。该激光器采用环形腔结构，重复频率为186 MHz，直接输出功率为120 mW，光谱中心波长为1550~1600 nm。采用动态信号分析仪测试了双边带噪声功率谱，结果显示：研制的飞秒激光器自由运转时，1 Hz处双边带幅度噪声为-118 dBc/Hz，在10 Hz到100 kHz频率范围内幅度噪声小于-130 dBc/Hz。

提出一种基于声光扫描技术实现三维视频激光雷达系统，克服了基于传统扫描方式的三维成像激光雷达应用中所面临的成像速度慢、体积大、质量大等问题。采用二维声光扫描技术，大大提高了扫描速度；同时，采用高精度的时间差检测芯片，精确测量激光脉冲飞行时间，从而获得高精度的距离值，实现高精度的三维视频成像。详细描述了系统的原理、组成部分以及实验结果。在图像分辨率为63 pixel×63 pixel时，该系统三维成像速度达到25 frame/s，实现视频三维成像，能够满足对成像速度要求较高的特殊场合的需求。

针对星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达的应用需求，研制了一套利用空芯光子晶体光纤(HC-PCF)作为吸收池，以CO2气体1.57 μm处的吸收线作为频率参考，基于频率调制光谱稳频技术的激光稳频系统。结合其工作原理，建立仿真模型，计算了CO2气压、光谱调制频率以及调制深度对稳频误差信号的影响，给出最优化的设计参数。并且与实验测试数据进行了比对，实验数据与计算结果吻合。报道了系统的稳频效果，给出进一步提升稳频性能的方案意见。

设计了一种用于替代现有商业化1053 nm飞秒锁模激光振荡器的方案。该方案通过光参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)实现能量放大和波长变换，产生作为基频光的3160 nm中红外激光脉冲，然后利用三倍频(THG)方式，实现高信噪比1053 nm脉冲输出。该方案的应用有望提升拍瓦激光装置的前端信噪比，进而改善整个装置的输出信噪比。

报道了利用高功率全固态连续单频1.06 μm激光器，抽运由准相位匹配晶体构成的单共振光学参量振荡器(SRO)，产生光束质量接近衍射极限的1.5 μm连续单频激光的实验研究。实验获得了输出功率为3.2 W的连续单频1.5 μm激光，光光转换效率达40%，SRO 的阈值抽运功率仅为2.5 W。当把SRO腔长主动锁定到共焦法布里珀罗(F-P)腔的共振峰上，信号光的频率稳定性优于3 MHz(1 min)、功率稳定性优于±0.5%(15 min)。该系统的激光波长位于量子态传输波段，可用于研究实用化量子信息处理系统。

结合短脉冲光参量放大抽运源的需求，基于固体放大技术，对光纤锁模激光器输出的6 nm带宽皮秒纳焦耳级激光脉冲进行放大，获得了6.2 mJ的基频以及3.0 mJ的倍频输出，输出脉冲的时间宽度为8.6 ps，倍频光峰值功率密度为4.94 GW/cm2。采用高增益的Nd3+YLF再生放大器做前级放大器，利用其光谱增益窄化效应获得窄带的高功率光参量放大抽运光。理论计算表明，在此增益条件下，输出激光的光谱将被窄化至0.3 nm。采取了合理的空间整形方案，输出激光的近场呈平顶分布，光束质量优良。再生放大器采用钢棒结构，降低温度变化对系统稳定性的影响，总能量输出稳定性优于1%(RMS)。

对光参量放大的相位匹配进行了研究，建立了产生超宽增益带宽参量放大相位匹配的一般物理模型，依据这一模型，在只给定抽运光波长和晶体参数的条件下，可以确定超宽带相位匹配结构和信号光匹配波长。以偏硼酸钡(BBO)晶体为例进行了模拟计算，结果表明，非共线相位匹配的两种不同结构有着相差极大的晶体接收角。讨论了如何优化非共线相位匹配结构参数以便得到极大增益带宽和极佳晶体接收角的问题。对BBO晶体光参量放大的光谱相位匹配的计算结果可以为多光束抽运或多阶段光参量放大的设计提供理论依据。

动平台激光主动成像系统所成图像被模糊的同时受到多种噪声的污染，传统的复原方法对噪声敏感，难以取得令人满意的结果。为此，提出基于方向滤波器组的激光主动成像图像复原方法，使用不同的方向滤波器组对含噪模糊图像进行滤波，估计模糊核函数。对于每个方向滤波器，计算核函数在垂直滤波器方向的Radon变换。接着使用Radon逆变换得到二维模糊核函数的最终估计。根据模糊核函数，即可复原出无噪清晰图像。搭建激光主动成像系统进行实验，结果表明与近年来一些较好的模糊盲复原方法相比，该方法不仅拥有更好的主观效果，同时在客观评价指标(PSNR)上也有所提高。

不锈钢碳钢层合板经激光快速加热弯曲后，弯折区出现增厚现象。借助IPP图像处理软件测量各层厚度及碳钢层晶粒尺寸，基于温度梯度机理分析弯折区增厚机理及规律。研究结果表明：不锈钢层合板在加热过程中晶粒生长，尺寸增大，产生热膨胀增厚；正向弯曲过程中，晶粒在弯曲应力作用下挤压伸长，产生挤压增厚，在二者的共同作用下，板材厚度增加，且热膨胀增厚占主导地位。增厚现象主要出现在上层不锈钢及碳钢层，碳钢层增厚值所占比重大于69%。最后，研究功率、扫描速度、扫描次数、离焦量等能量参数对增厚值的影响规律，为提高激光弯曲精度与质量提供理论和实验依据。

发动机火焰筒主要材料为GH99高温合金，其传统焊接方法为电阻点焊。为提高焊接效率，减少机加工序以及焊接缺陷，对比研究了两种激光焊接方式(环形和C形焊)，从焊缝成形、微观组织、力学性能等方面揭示激光焊接替代电阻焊的可行性。此外，利用有限元方式，对接头局部和整体构件的焊后应力分布及变形情况进行分析。结果表明，两种焊接方式均能获得良好的焊缝成形，接头性能较原有的电阻焊接头分别高出15.4%和22.1%。有限元计算结果显示C形焊后局部和整体的应力及变形较小。

为了实现发动机曲轴的激光熔覆再制造修复，采用激光熔覆技术在曲轴材料45#钢样板表面制备铁基激光熔覆层，研究了熔覆层的性能，利用光学显微镜和显微硬度计进行了熔覆层金相组织观察和硬度测试。试验结果表明，熔覆层与基体结合良好，且熔覆层硬度为基体硬度的2~3倍；为了使曲轴在绕主轴颈旋转情况下对多拐曲轴连杆轴颈进行激光熔覆，提出了在连杆轴颈表面获得连续均匀熔覆层应满足的条件，并在满足这些条件的前提下，推导出了激光熔覆曲轴连杆轴颈过程中激光束与转动轴颈的运动轨迹和相对速度之间的关系模型，通过试验，验证了轨迹模型的可行性。

表面微结构刀具对改善刀工摩擦接触状态、刀具磨损及抗黏附性方面具有积极作用。在聚晶金刚石刀具表面，利用光纤激光器进行了不同形状的微结构加工，并分析了扫描速度、脉冲频率和平均输出功率等不同工艺参数对微沟槽形貌和质量的影响。实验结果表明：随着平均输出功率和脉冲频率的增加，微沟槽宽度和深度分别表现出增大和减小的趋势；采用较小的扫描速度和和较大的平均输出功率能够降低沟槽侧壁粗糙度，改善微沟槽的形貌质量。

针对汽车用钢的焊接问题，利用光学显微镜、扫描电镜、硬度和拉伸试验研究分析了不等厚异种钢激光拼焊板接头的组织及性能。结果表明，焊缝区为板条马氏体组织，板条之间有残留奥氏体组织存在。熔合区附近的组织结构比较复杂，主要由马氏体和贝氏体构成。而相变诱发塑性(TRIP)钢热影响区组织主要由贝氏体和铁素体组成，且晶粒比较细小，双相钢(DP)接头热影响区中存在显著的马氏体组织，但几乎不存在过热区组织。接头焊缝区的硬度达到母材的1.6倍以上，此外接头宏观断裂发生在薄板DP钢的母材区。

采用激光合金化法在Q235钢表面制备FexCoCrAlCu(x=0,0.5,1,2)高熵合金涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和显微硬度计对激光合金化层的相结构、显微组织、化学成分和硬度进行分析。结果表明，不同Fe含量的FexCoCrAlCu/Q235高熵合金化涂层均为具有简单体心立方(BCC)结构的固溶体，合金化层与基体间呈良好的冶金结合，显微组织为典型的枝晶组织，固溶体组织中出现了成分偏析现象。激光合金化层的显微硬度远高于基材Q235钢，且随着Fe主元含量的增加，涂层显微硬度呈下降趋势。FexCoCrAlCu/Q235激光高熵合金化层由表面至基材体系的混合熵呈高熵中熵低熵梯度变化。

利用IPG公司YLS-6000光纤激光器及5 mm超窄间隙焊接了60 mm厚304不锈钢板，并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和低温拉伸试验机分析了接头组织性能。结果表明，超窄间隙激光焊接方法可得到成形良好无明显缺陷的焊接接头，焊缝上下宽度一致约3.8 mm。焊缝组织为柱状奥氏体与均匀分布的骨架状和板条状铁素体。热影响区并无明显晶粒长大，少量铁素体沿熔合线向母材方向扩散生长。Cr、Ni等合金元素在焊缝及热影响区分布均匀，无明显偏析。焊缝与母材显微硬度相当，略低于热影响区。接头拉伸强度随温度降低而上升，最高达1260 MPa，在183 K、213 K、243 K、273 K温度下接头拉伸强度分别为母材的86%、96.7%、94.5%和92.6%。试样弯曲180°无裂纹及其他缺陷产生。

为探讨He-Ne激光对紫外线-B(UV-B)辐射损伤修复途径，采用He-Ne激光辐照(5 mW·mm-2)进行照射，对增强UV-B(13.08 kJ·m-2·d-1)辐射下水稻幼苗的叶绿素含量、核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(rubisco)亚基含量及反映植物光系统II(PSII)的荧光参数值进行测定。结果表明，经UV-B处理后，水稻叶片中的叶绿素含量、rubisco亚基含量及荧光参数值(除qN以外)低于对照组(CK)，差异显著(P<0.05)，其中荧光参数Fv/Fm对环境胁迫反映最为敏感；而单独He-Ne激光(L)处理组均高于对照组(CK)，差异不显著(P>0.05)；经He-Ne激光和UV-B复合组(BL)均高于UV-B处理组，低于对照组，差异显著(P<0.05)；说明UV-B辐射对水稻幼苗的光合系统有损伤作用，而一定剂量的He-Ne激光可以提高水稻的光合能力，表明He-Ne激光对增强UV-B辐射造成的损伤具有一定修复作用。

建立了一套全场光学相干层析(FFOCT)系统，以实现对生物组织和细胞的高分辨层析成像。该光学系统基于Linnik干涉显微结构。不同于现有FFOCT系统采用光纤束照明方式，采用卤钨灯照明和大数值孔径显微物镜成像，压电陶瓷(PZT)移相，面阵电荷耦合器件(CCD)采集干涉信号，由5步移相算法获取层析图，最终合成三维图像。对整套系统的性能进行了详细的阐述与分析，并通过对洋葱表皮细胞和盆栽树叶的光学层析实验,验证了本系统的可行性和精确度。通过对集成电路内部芯片（英特尔奔腾4，横向分辨率达0.8 μm）成像，证明了该系统的分辨率可达到0.7 μm×0.5 μm（横向×纵向）。提出的系统分辨率高、成本低、结构简单便于调节，为实现高分辨率光学相干层析成像提供了简单易行的方法。

提出了一种利用射频控制信号对多波长光纤激光器输出的多波长信号进行整体精密调谐的方法。通过在多波长光纤激光器腔外放置射频信号控制的单边带（SSB）调制器，实现了65个波长整体精密调谐。通过改变射频驱动信号频率，可以实现多波长整体在150 MHz～12 GHz范围内的任意调谐，最低对应1.2 pm的调谐量。且调谐步长由射频控制信号决定，可精确到1 Hz。多波长整体调谐前后，多波长间隔始终保持50 GHz不变，各波长的边模抑制比(SMSR)均可达到20 dB。

提出了一种新型的基于非均匀光纤布拉格光栅（FBG）精细谱和边沿解调的应变灵敏度增强型传感器。理论研究了在轴向非均匀应变情况下普通FBG的传输谱以及基于传输谱精细结构的应变响应特性。仿真结果表明，将均匀应变转为非均匀应变的新型传感器对应变的灵敏度为普通FBG的4.6倍。在实验上设计制作了这种可将被测物体的均匀应变转换为FBG的非均匀应变以提高应变灵敏度的传感器结构。实验测量结果证明了理论分析的可行性。这种传感器在采用窄线宽激光器的FBG边沿解调方案中具有提高动态应变响应灵敏度以及增大应变测量范围的作用，同时，由于其长度可小型化，在检测高频动态应变信号方面也有较大的应用前景。

针对传统声发射定位系统存在的结构复杂、难以组网、定位精度低等问题，设计了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器网络和时间反转聚焦成像的声发射定位方法。在对时间反转聚焦定位原理分析的基础上，利用四个FBG传感器构建四点定位系统，并采用窄带激光边缘滤波技术实现信号解调。利用Morlet小波提取信号中特定频率成分，并计算模值和时差。通过建立时间反转聚焦模型实现声发射源定位，并在铝合金板结构上对整套成像定位方法进行验证。实验结果表明，该方法能有效地对400 mm×400 mm监测区域进行声发射定位成像，定位误差小于20 mm，耗时小于2 s。为声发射检测和定位提供了一种新的方法。

提出了一种基于掺铒光纤放大自发辐射(ASE)光源实现波分复用无源光网络(WDM-PON)故障检测的技术。WDM-PON因其具有节点密、支路多的结构特点导致光纤链路中故障检测困难，该技术利用双程后向结构掺铒光纤ASE光源光谱的宽带特性和具有delta相关特性的时域输出，结合相关法实现分辨率为厘米量级的WDM-PON光纤链路故障点定位。以8通道WDM-PON为例进行检测，结果表明该方法能够精确定位光网络中断点及松动接头的位置，并实现多故障反射事件检测。实验中获得动态范围为23 dB，分辨率达到4 cm，测量精度与测量距离无关。基于ASE光源的宽带特性，该技术至少可完成对32路的WDM-PON故障检测。

建立了组合梁与光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变传递的力学试验模型，得出组合梁结构实际应变与表面式光纤布拉格光栅传感器应变的关系。对影响表面式光纤布拉格光栅传感器平均应变传递率的影响因素进行了理论分析，得出胶接层弹性模量，胶接层的宽度以及光纤的粘贴长度对应变传递率影响较大，通过实验确定它们之间的最佳组合，为以后的实际工程应用提供了参考。

提出了一种复用技术——正交波形复用(OGDM)，并将其应用于无源光网络(PON)系统中作为上行信号传输。在本方法中，对于N个光网络单元(ONU)端的PON系统，先将N个ONU端信号分别通过强度调制或无载波调幅调相(CAP)技术，调制到N个两两相互正交电波形上，使“1”码对应有波形，“0”码对应无波形，然后再将各路不同的波形信号分别调制到每个ONU用户的激光器上，这些激光器的波长可以是同一个波长；通过光分配网络(ODN)单元合路后上行传输到光线路终端(OLT)端，在OLT端采用相关接收的方法，把接收到的信号和OLT端的本地正交波形作相关运算，利用正交波形的正交性来区分不同ONU端的用户信息。仿真显示在理想情况下，32路ONU信号当采用外调制方式时，每路单独占用10 Gb/s，总带宽为320 Gb/s,可以传输20 km。

针对星间激光通信基于合作激光信标的瞄准与捕获过程，在LabVIEW(虚拟仪器)平台上研制了一套瞄准与捕获仿真系统。该系统模拟卫星轨道姿态动力学，建立双星指向关系，仿真双自由度转台初始对准。根据不确定区域大小，驱动信标激光进行螺旋扫描，根据信标光束散角及探测器视场，确定仿真捕获点以完成捕获。加入含有高斯噪声的最大速度为1°/s,最大加速度为1°/s2的等效正弦扰动进行了动态捕获实验。 最终实现了同步轨道卫星和近地轨道卫星间动态双星激光通信瞄准与捕获仿真，形成了基于虚拟仪器的激光通信全过程仿真模式，为跟踪系统仿真及无信标捕获的仿真奠定了基础。

提出并成功演示了一种微纳光纤环与侧边抛磨光纤直接耦合的上下载滤波器。实验结果表明这种滤波器件不仅能实现两种光纤系统的互连耦合，并且能实现两系统间的上下载滤波功能。下载输出端消光比最大可达7.5 dB，上载输出端消光比最大可达4.8 dB。此外，通过进一步实验及数值仿真研究了不同环直径对两种光纤系统耦合的影响。实验和数值模拟研究结果都表明在微纳光纤直径为6 μm的情况下，当微纳光纤环直径为580 μm时，微纳光纤环与侧边抛磨光纤的耦合达到最大，同时此耦合对环Q值与精细度的影响也达到最小。这种上下载滤波器不需额外设计微纳光纤与标准光纤耦合的光学器件，为微纳光纤系统与现有的光纤系统的互连提供了一种更简洁有效的解决方案。

光纤光栅对复合材料固化过程中的应变和温度具有非常高的灵敏度。提出了利用双光纤光栅传感器监测复合材料真空袋成型固化过程的温度/应变变化，获得凝胶点信息，从而优化加压时机。实验结果表明，光纤光栅和动态力学分析法(DMTA)确定的凝胶点信息(凝胶温度/时间)非常一致，扫描电子显微镜(SEM)表明加压点优化后制备的复合材料具有最佳界面，中心层未出现分层情况。该方法可实现对复合材料固化工艺的监测与优化。

为了获得薄膜材料吸收率与深紫外激光照射能量密度间的对应关系，掌握薄膜材料深紫外吸收特性，应制定相应的吸收测量规范。介绍了激光量热法的原理及测试流程，分析了测试过程中的剂量效应、非线性吸收和不可恢复吸收等现象，提出了利用激光量热法测量应用于波长193 nm紫外光刻系统的氟化物薄膜材料吸收率的方法，并进行了实际测量。根据所建立的测量方法，获得熔石英基底材料在193 nm紫外光照射下的剂量效应及出现不可恢复吸收现象时相应的激光能量密度，进而测量出基底材料吸收率与激光能量密度之间的关系；通过热蒸发对基底镀氟化镁及氟化镧单层膜，测量镀膜后样品的吸收率与激光能量密度的关系，通过与镀膜前吸收率的对比，计算了两种薄膜材料吸收率与激光能量密度的关系，推算出薄膜材料在实际工作状态时的吸收率，并得到不同沉积温度下氟化镧薄膜材料吸收率、粗糙度与波纹度。实验结果证实了新提出测量方法的可行性，测量结果为改善系统成像质量以及延长元件使用寿命提供支持。

介绍了一种基于晶体斜劈的偏振光法拉第旋转角的实时线性测量方法,并将该方法用于磁光薄膜温度特性的测量。相比于传统的偏振角度测量方法,晶体斜劈方法不仅不受光源功率波动影响,而且在测量过程中无需调节光学元件,可以实时测量。更重要的是用该方法可以实现任意法拉第旋转角的线性测量，偏振角度测量的相对精度可达到8.7×10-4。将该方法用于测试掺Tb离子的BiYIG磁光薄膜在不同温度下的Verdet常数,研究其温度特性。

提出了脉冲激光测距中基于多点平均原理的高精度飞行时间间隔测量新方法，该方法以参考正弦信号作为测量基准。在脉冲计数法的基础上，应用多点平均法原理消除由于正弦曲线的非线性产生的时间累积误差，对正弦信号时间进行高精度细分测量。建立了高精度脉冲激光测距系统，利用线性调频技术对参考正弦信号在一个周期内进行伪随机采样，实现高精度时间间隔测量。测距系统原理结构简单、成本低。实验获得的单次距离测量误差稳定在±3 mm以内。

为解决传统光学检测方法存在的对已刻（干刻）区域无法检测、潜在曝光可能性、系统光路复杂以及灵敏度较低等缺点，提出了一种可用于激光直写光刻自动聚焦的高灵敏度流量计式位移检测系统。详细介绍了系统的原理、系统设计、实验方法以及误差分析等。根据流量传感器检测得到的气流变化，可以判断光刻系统中聚焦系统是否离焦以及离焦量的大小。再将此气流变化量转化为电压值反馈至压电陶瓷(PZT)执行机构，通过执行机构实现自动聚焦。由于喷嘴挡板系统可以建立喷嘴挡板间距与喷嘴内部压力的关系，而流量敏感度要高于压力敏感度，故采用了热线探针来检测系统流量变化。实验证明，该方法能够准确检测系统离焦量，系统测量精度可达100 nm，频率响应可达20 Hz，量程可达20 μm。而且在一定范围内喷嘴挡板间距与空气流量变化具有非常好的线性关系。

提出由两个准直镜构成用于实现离轴旋转连接的光纤滑环，利用其与光纤布喇格光栅传感器结合，获得轴心被占用或为空心轴时旋转部件上温度测量的新方法。分析了影响光纤滑环插入损耗的主要因素，指出插入损耗对两准直镜间的横向错位和轴向夹角的变化很敏感，而对轴向间距的变化略显迟钝。旋转部件匀速转动过程中，光纤滑环的耦合信号为周期脉冲信号，测得信号的占空比为0.5%，与理论值基本相符。并利用光纤滑环对光纤布拉格光栅传感光路的耦合，实现旋转部件上待测温度场升温过程的实时观测，从而验证了此测量方法的可行性。

通过引入介电常数与吸收常数随膜层厚度非均匀变化函数来计算非理想调制轮廓体全息光栅的衍射效率，分析其衍射特性。根据Kamiya严格的分层计算方法，推导出了非均匀混合调制轮廓等非理想情况下的二阶耦合微分方程，据此考察了吸收常数及其调制度变化时光栅各级次衍射光的衍射特性，分析了衰减系数及相位振幅光栅异相等因素对光栅角度选择性的影响，给出光栅衍射效率对几何分层的响应程度。通过与Kogelnik和Sabol的计算方法对比，进一步论证了严格算法的准确性。结果表明，光栅衍射效率峰值随吸收常数、衰减系数及相位振幅光栅之间相位差的变化而变化；吸收调制度会小幅度增加效率峰值，但因吸收常数的存在，整体效率不高；分层数对光栅角度选择性和角谱宽度影响较小，分层数与衍射效率的收敛性表明取20层较好。该工作对非理想调制轮廓的体全息光栅衍射效率计算及其特性分析具有一定的参考价值。

针对红外图像噪声来源复杂且干扰严重，传统的小波阈值方法噪声方差估计偏差较大的问题，提出了一种基于二维经验模态分解(BEMD)子带阈值估计的红外图像去噪方法。通过将噪声图像进行BEMD分解得到二维的内蕴模函数(BIMF)子带，利用高斯混合模型计算各子带噪声方差。由于噪声估计仅考虑噪声系数，减少了特征分量的影响，获得的阈值更准确,再通过自适应算法分别设定各子带阈值将噪声滤除。实验结果表明,该方法避免了硬阈值函数不连续和软阈值函数偏差较大的缺点，图像整体比较清晰,改善了视觉效果。与传统去噪方法相比,其均方误差(MSE)低，峰值信噪比(PSNR)提高了0.5 dB～3 dB,主客观评价均优于其他去噪方法，且当噪声方差加大后优势更加明显。

太赫兹同轴数字全息成像是基于太赫兹波干涉记录的一种新型成像技术，具有光源相干性要求低、光路结构简单、成像分辨率高、实时定量获取物光波复振幅信息等特点，非常适用于太赫兹波段成像。搭建了一套连续太赫兹波同轴数字全息成像装置，通过全息图预处理和相位恢复算法，获取了样品的振幅和相衬图像，有效抑制了共轭像，并进一步探索了太赫兹同轴数字全息技术在生物医学检测上的可行性。

基于非共线相位匹配的波面倾斜技术是目前采用飞秒激光产生超快太赫兹波最有效的手段，使用接触式光栅直接产生抽运飞秒脉冲的波面倾斜能够克服成像系统引入的畸变从而进一步提高该技术的效率。提出并利用简化的模态法设计了制备于铌酸锂晶体中用于波面倾斜技术产生高能量太赫兹波的内嵌式接触光栅。将Littrow角入射条件下的光栅衍射理论简化为光栅内双模式的干涉过程，极大地简化了光栅的参数设计。确定了满足波面倾斜条件的光栅常数，系统研究了衍射效率与光栅占空比和刻槽深度的关系，通过内嵌式光栅结构降低反射损耗,理论上能达到90%以上的-1级衍射效率，给出了合适的光栅加工参数。该系统设计方法对基于其他太赫兹波产生晶体的接触光栅设计具有参考意义。

利用直径为30 cm卡塞格伦反射镜搭建了一套反射式太赫兹（THz）主动成像装置，并成功运用0.22 THz的辐射源在室温下进行成像。分别使用自行制备的Nb5N6微测热辐射计THz常温检测器和商用VDI检测器进行成像并对结果进行了分析。成像的物体是5根并排排列的铜棒，铜棒直径为1.4 cm，间距为5 cm。改变参考频率，扫描速度，将成像时间从15 s减少到7.5 s。成像的范围约为20 cm×6.5 cm。两种检测器的成像分辨率达到1.41 cm。

立体匹配的关键问题是确定一个合适的匹配代价关系,颜色内相关作为像素点的固有特性，能够有效地反映出匹配像素点间的微小差异。对传统的自适应支撑权重 (ASW)方法进行改进，提出了一种基于颜色内相关和自适应支撑窗口的立体匹配算法，该方法结合了颜色相似性、欧式距离相似性和颜色内相关相似性来确定匹配窗口内像素点的权重大小。同时为了消除光照不同对图像匹配结果的影响，将匹配点先进行rank变换后再进行匹配代价关系计算。对计算出的初始视差图进行三步优化，剔除由图像遮挡、重复等引起的不同视差错误，从而得到最终的视差结果。通过在Matlab软件平台上对国际标准图像进行测试，实验结果表明该方法得到的视差结果的平均错误率低，且明显优于其他局部匹配方法，具有很强的稳健性和较低的误匹配率。

通过在紫外(UV)大气成分探测仪中设置偏振测量通道，并采用基于Stokes向量方法对空间大气紫外光谱辐亮度探测输入值进行了偏振度修正。采用解析函数法建立了修正误差较大波段处的偏振度数学模型，将240~380 nm工作波段范围的偏振度修正误差最大值由6.6%减小至1.6%。最大限度降低了由于大气散射偏振对探测大气入射光强的影响，提高了紫外大气测量精度，为航天遥感仪器大气紫外测量提供了理论和实验基础。

提出了一种基于气泡群后向散射光多普勒频移谱特性的舰船尾流检测方法。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对尾流区运动气泡群后向散射激光多普勒频移谱进行了理论模拟，分析了气泡数密度和速率分布对后向散射光信号多普勒频移谱特性的影响。在此基础上，利用差动型激光多普勒探测方法，实验研究了模拟尾流气泡群后向散射光多普勒频移谱特性，实验结果与理论模拟基本符合。研究表明，随着尾流中气泡数密度和速率分布范围的增大，后向散射光信号的多普勒频移谱的幅度、截止频移也随之增大。这证明了激光后向散射多普勒频移谱特性分析法可作为一种有效的尾流检测方法。

为了监测一些危险的海洋区域,使用了基于电荷耦合器件(CCD)的动态平台,提出了一种基于海面背景纹理模型的舰船目标检测算法。利用图像子块离散余弦变换(DCT)域的能量特征，实现了天空背景和海天线的快速检测。为了将船舰目标从水平线下复杂的海水背景中分离出来,提取海天线以下的海面区域图像子块的DCT域纹理特征，并利用自适应模糊c均值聚类方法建立海面的混合纹理模型。利用建立的海面纹理模型，实现了海面背景与舰船目标的分割。实验结果表明该算法可以实现舰船目标的快速、稳健检测，尤其适合于大浪海况下基于运动监视平台的海事监测。

扫描型成像激光雷达的建模和仿真是激光雷达信号处理和系统设计领域的一项重要研究内容。提出了一种快速成像仿真方法，在不影响仿真精度的同时提高了仿真效率。通过推导像元运动轨迹以及模型面元在像平面上投影的运动轨迹，得到判断像元和面元相交关系的不等式，利用时间剖分和近似处理，求解出像元和面元可能的相交关系，再对可能的相交关系判断是否确实相交，达到降低求交次数的目的。基于该方法，对6种目标进行仿真，算法仿真结果与传统方法得到的结果相同，求交次数与运算时间降低至传统方法的1%。

主要通过理论和实验研究相位匹配角和非共线角对三硼酸钙钇(YCOB)晶体光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)的放大光谱产生的影响。理论上，通过数值模拟计算发现，基于YCOB-OPCPA的放大光谱对相位匹配角和非共线角的变化均比较敏感，当相位匹配角或非共线角有微小变化时，增益光谱将会出现中心波段漂移和窄化现象，但当非共线角在2.80°~2.91°之间变化时，总能找到一个理想的相位匹配角与之匹配，满足带宽大于80 nm的宽带OPCPA放大。为了获得高效率宽带OPCPA放大输出，提出一种基于高精密CCD的非共线角的测量方法，并利用该方法在实验中研究了不同非共线角下YCOB晶体OPCPA的光谱增益特性，并获得宽带放大光谱，为单次OPCPA调试实验提供参考。

介绍了使用常压条件下的电感耦合等离子体加工工艺用于加工硅基材料的光学反射镜，诸如：熔石英、反应烧结碳化硅(RB-SiC)、硅等材料。主要研究等离子炬在不同硅基材料上的去除函数的有效性。针对获得去除函数进行高斯函数拟合，其半峰全宽(FWHM)为18 mm。去除率分别为10.86,0.82,1.51 μm/min。利用此工艺加工了一块100 mm口径的碳化硅镜坯，获得的实际面形与虚拟加工面形偏差比在8.57%，收敛率偏差在4.7%。实验结果显示在常压条件下加工大口径非球面反射镜具有良好的去除特性。因此，常压电感耦合等离子体工艺在高精度大口径非球面反射镜加工领域有着广阔的应用前景。

为了实现机载光电跟瞄系统的捕获与跟踪功能，针对机载环境狭小的空间设计了一款紧凑型中波红外相机。首先从机载平台的应用需求出发，提出了红外相机的各项性能指标。然后，采用二次成像与二次折转的方案对红外相机的光学系统进行了设计与优化，并研制出一套高精度调焦平台用以光学系统的距离与温度调焦；采用箱体式结构方案对红外相机的支撑基座进行了优化设计，有限元分析结果表明所设计的支撑基座具有足够的结构刚度。最后，在完成机载中波红外相机精密加工、装配与调试的基础上，采用光电测试平台对红外相机的焦距、视场角、噪声等效温差(NETD)和调制传递函数(MTF)等参数进行了实验检测。结果显示：相机的焦距、视场角等与理论设计较为符合，NETD为22 mK，在探测器的极限空间频率处相机的MTF不低于0.58，接近衍射极限水平。因此，所研制的机载紧凑型中波红外相机工作灵敏度高、成像质量好，满足机载平台的应用需要。