优化有源区的量子结构和改善热管理，是提高外腔面发射激光器输出功率的关键。以上两项措施都基于对激光器准确的热分析，依赖于热导率这一关键的材料参数。鉴于外腔面发射激光器中多量子阱和分布布拉格反射镜均为典型的纳米结构，考虑纳米尺度传热特性，用三种不同的解析方法，分别计算了不同厚度GaAs/AlAs 分布布拉格反射镜的热导率，并与已有实验报道对比，优选出更适合于计算GaAs/AlAs 材料系纳米结构热导率的一种方法。采用优选出的方法，对980 nm 外腔面发射激光器中InGaAs/GaAs 多量子阱和GaAs/AlAs 分布布拉格反射镜的热导率进行计算，发现分布布拉格反射镜的法向热导率只有块体材料数值的约40%，多量子阱的法向热导率则略小于块体材料数值的一半。把所得热导率数据用于增益芯片中温度上升的数值分析，结果与实验相符。

基于周期极化铌酸锂(PPLN)晶体提出并设计了一种高效紧凑腔内倍频绿光激光器。该激光系统采用808 nm激光二极管(LD)端面直接抽运Nd∶YVO4晶体，进而利用极化周期为7 μm 的PPLN 晶体倍频产生532 nm 绿光。通过在Nd∶YVO4和PPLN 晶体端面镀膜构成激光腔镜，无需采用任何光学透镜、反射镜等分立光学元件，大大降低了系统体积和成本。实验结果显示，当激光器谐振腔腔长为12 mm，抽运功率为4.1 W 时，绿光输出功率可达1.343 W，相应的光-光转换效率达32.8%。当LD 抽运功率稳定在3.33 W 时，2 h内的绿光输出功率波动小于5%。

根据夫琅禾费衍射理论，建立了7路和37路光纤激光相干光束合成(CBC)模型，仿真模拟了不同占空比、不同倾斜角度情况下，合成光束在远场的强度分布和光束质量，分析了倾斜角度、占空比以及合成路数对CBC 远场光束质量的影响。仿真结果表明: 随着子光束倾斜角度的增大，远场艾里斑内的光强逐渐减小，合成效果变差；随着合成子束的增多，远场桶中功率(PIB)随倾斜角度的增大下降加快，显示出了倾斜相差随合成路数增加具有一定的累积效应，要提高相干合成的效果，必须同时控制倾斜相差和活塞相差。

提出并验证了一种基于数字化带宽增强激光混沌信号的高速随机源。为消除光反馈半导体混沌激光信号中存在的弱周期性，将光反馈混沌半导体激光注入另一激光器产生的带宽增强混沌激光信号。用8 bit高速模数转换器对输出的增强带宽混沌激光信号进行采集，实现每个采样点产生多个随机位。为去除所提取原始随机位存在的偏差和提高随机位的产生效率，提出采用基于现场可编程逻辑阵列的安全哈希算法-256来提取随机位。采用4路并行处理技术获得了2.94 Gbit/s 的在线随机数产生速率，每个采样点可平均产生4.65 个随机比特位。所获的随机数通过了随机性测试程序ENT和STS中所有测试项。

在具有腔内像差的虚共焦非稳腔内，因为振荡光束以不同光束尺寸通过腔内像差元件且像差元件对光束偏折，直接反向补偿和基于几何光学计算补偿后难以获得较好的补偿效果。提出了一种以导入腔内的准直光束作为参考，基于松弛迭代逼近补偿策略的腔内非共轭补偿方法，并计算验证了其可行性。从实验上对比了以单程和以往返测量光为参考的腔内补偿效果，发现以单程测量为参考的补偿不能使耦合输出光束质量明显提升。在往返补偿中，对4~6阶均方根误差为0.3~0.4 μm 的随机像差7~9次迭代可以实现收敛，补偿后往返探测光残差小于0.1 μm，同时导引光在腔内多次振荡后从输出镜耦合输出的环形光束的β值由11.2降低至2.6。通过分析对比往返探测光束与腔内振荡激光的区别和关系，判断这种补偿方式可以对具有一定腔内像差的有源腔的振荡激光光束质量有效提升。

激光宽带熔覆技术广泛应用于大型工件表面的强化、修复和改性，较少的搭接次数使其更容易获得表面质量较好的熔覆层和较高的熔覆效率。针对现有激光宽带熔覆中光外送粉不精准、金属粉末受热不均匀和光粉同轴耦合精度不高等问题，本文提出了一种光内送粉激光宽带熔覆工艺及方法，实现了在宽带激光束内部均匀，准确地垂直于熔池表面送粉。在水平和30°斜壁上分别进行单道堆积熔覆实验。结果表明，重力对斜壁熔池影响不明显，两组实验均获得了熔层高度较为均匀的直壁墙。对熔层组织分析可知，二次重熔区组织较为粗大，非搭接区组织由较多的树枝晶组成，二者显微硬度波动值约为90HV0.5，熔层组织整体较为均匀、致密。

以WC、TiC、Co 和Co50 合金粉末为原料，通过设计不同的成分配比，在40Cr 刀具钢表面激光熔覆了WC/Co、WC/Co50和WC-TiC/Co50钴基碳化物复合涂层。借助XRD、OM、SEM 和EDS等表征手段分析了粉末成分配比和激光熔覆工艺参数对刀具表面复合涂层物相结构、宏观形貌和微观组织的影响。结果表明，当激光功率为4.2 kW，扫描速度为350 mm/min 时，制备的WC/Co50 和WC-TiC/Co50 复合涂层表面形貌良好，平整连续且无宏观裂纹。硬度测试和摩擦磨损试验表明，复合涂层具有高的硬度和良好的耐磨性，最高显微硬度达到1211 HV_0.2，最低磨损失重2.1 mg，分别为基材的3.03 倍和34.4%。熔覆层中大量存在的WC、TiC 以及原位自生的W₂C、Fe₃W₃C 等碳化物增强相对提高复合涂层的硬度和耐磨性起到了主要作用。

为获得具备良好力学性能和生物相容性的多孔植入体，需对激光选区熔化(SLM)成型CoCrMo 多孔结构进行性能分析。在电子万能试验机上沿零件加工的纵向进行压缩试验，应用分形插值理论分析相关参数对其压缩性能的影响。试验结果表明:变形主要以滑移为主；弹性模量和抗压强度随着孔隙率和平均孔径的增大而减小，随表面积体积比的增大而增大。正八面体和正六面体多孔结构孔隙率为55%~84%，平均孔径为0.51~0.99 mm，表面积体积比为2~4.2时，弹性模量都能满足要求。正八面体圆柱形多孔结构的性能比方形结构更加优越，正六面体方形结构的性能比圆柱形结构更好，为激光选区熔化成型多孔CoCrMo合金结构医学植入体的研制提供重要依据。

为了研究激光冲击对AZ80-T6 挤压镁合金低周疲劳性能的影响，采用钕玻璃脉冲激光器对疲劳试样进行激光冲击强化(LSP)和激光冲击温强化(WLSP)处理，并进行拉-拉疲劳实验。结果表明：LSP 和300 ℃时WLSP 处理后镁合金表面产生的残余压应力分别为-125 MPa 和-158 MPa，而其疲劳寿命分别比原始试样提高11.42%和75.74%。WLSP 明显地延迟裂纹萌生时间，提高AZ80-T6 镁合金的疲劳寿命。另外对激光冲击诱导的镁合金微观结构及其低周疲劳行为进行了分析和讨论。

利用稳态磁场辅助激光熔凝，在不改变激光工艺参数的条件下，抑制了熔凝层表面的波纹。同时，建立了考虑熔池内部的传热、对流、相变、电磁力和熔池表面形貌的多物理场耦合仿真模型。通过对比实验结果讨论了在稳态磁场作用下，熔凝层熔池内部温度场和流场的变化规律以及表面波纹的抑制原理。结果显示，稳态磁场所提供的洛伦兹力为抑制熔池对流的阻力，其方向与熔池对流方向时刻相反。随着磁场强度的增加，熔池内部的整体流速逐渐降低，但温度场的变化不甚明显。当稳态磁场的强度大于0.5 T时，熔池形状发生变化，熔凝层表面的波纹高度明显降低，但金相组织基本不变。

利用自主开发的选区激光熔化设备以钴铬合金为成型材料，在进行了系统的工艺优化研究的基础上，对选区激光熔化(SLM)制件成型过程中表面粗糙度演化、微观形貌、致密度以及硬度之间的内在联系进行了研究。研究发现：成型过程中粉层的熔化收缩以及厚度的累积是造成成型质量变差的重要原因；较小的表面粗糙度累积效应，可大大减少成型件内部的孔隙数量从而提高致密度，粉层厚度的降低是减小表面粗糙度累积效应和提高致密度的关键；制件的宏观硬度比显微硬度对制件致密度存在更显著的依赖关系：致密度越大，宏观硬度越大。通过优化工艺制得的工件致密度达到98.04%，宏观硬度为40HRC，符合美国材料实验协会(ASTM)标准。

通过数值模拟与实验相结合的方法，研究超声场对激光熔凝过程中熔池温度场、流场以及熔池形貌的影响。建立描述超声振动辅助激光熔凝过程中的声场和温度场的三维数学模型，通过有限体积法实现激光熔池中声场和温度场的耦合模拟分析，系统分析激光熔池内声场、温度场、流场的变化规律。结果表明: 在超声场作用下的熔池温度略低于未施加超声场的熔池温度；流动速度增加72%，但并未改变未加超声时熔池内Marangoni流的环流趋势；在超声场作用下的熔池宽度增加0.5 mm、深度减小0.1 mm。通过激光熔凝实验验证数值模拟结果与实际情况基本吻合。

激光成形修复钛合金构件存在修复区晶粒粗大和残余拉应力，以及不同区域间组织及性能不均匀的问题，导致修复构件的疲劳性能明显降低。本文采用激光冲击强化技术，对激光熔覆修复试件进行了表面强化，研究了激光冲击对其疲劳强度的影响，并从残余应力和微观组织等方面分析了激光冲击提高熔覆试件疲劳强度的原因。结果表明，钛合金基体试件的疲劳强度为401 MPa，激光熔覆试件的疲劳强度为365 MPa，下降了9％；激光冲击强化后，熔覆试件的疲劳强度达到了450.80 MPa，相比基体提高了23.5%。激光冲击强化在试件表层引入了数百兆帕的残余压应力，影响层深度可达430 μm，同时可使修复区的组织和性能变得均匀，从而提高了修复试件的疲劳抗力。

利用IPG YLS4000 光纤激光器，采用激光熔覆工艺在某高强钢基体上制备了一种新型含氮Fe 基非晶复合涂层。通过X 射线衍射仪物相分析发现，在3种不同激光工艺下制备的涂层在非晶基体上出现了不同含量的晶化相，分别对3种工艺下制备的涂层与基体材料的硬度、耐磨及耐蚀性能进行了测试分析。结果表明，与基体材料相比，3种涂层的硬度、耐磨及耐蚀性均有明显提高，其中在1.5 kW 激光功率、180 mm/min扫描速度条件下制备的涂层非晶含量最高，表现出最好的性能。研究认为合适的工艺才能制备出性能优良的涂层，涂层中非晶相含量的增加能够明显改善涂层的性能。

光纤温度传感器易受到光源驱动电流变化、光路弯曲、熔接损耗等强度变化因素影响,为解决光强度变化导致的测温偏差，系统采用定时更新原始入射光谱，实现光源波形自校准。光谱分析装置易受环境温度变化引起光谱漂移,为解决光谱漂移引起的测温偏差，系统采用波长锁定器定位特征波长，使用光谱漂移补偿的方法，实现光谱自校准。为实现多通道光纤测温，设计了光学复用系统。设计自校准验证实验验证系统自校准功能的有效性，实验结果表明，在系统使用环境发生变化时，自校准测温系统测量误差小于±1 ℃，因此设计的自校准测温系统能够抵抗光源光谱波形变化带来的误差，克服光谱分析装置受环境温度的干扰。

由于码间干扰的影响，导致可见光通信系统的误码率提升。为此，提出了一种基于人工神经元网络(ANN)的 接收系统，采用角度分集接收技术采集信号，并通过神经元网络对所获得的多组数据进行合并优化构成总的输出 信号。该接收系统可以有效地降低码间干扰对系统的影响，提高接收信号的信噪比(SNR)，降低系统的误码率 (BER)。采用Matlab 软件模拟仿真信号传输实验以验证该系统的性能及优越性。仿真结果表明，在信源与环境的 信噪比相同情况下，基于神经元网络均衡处理的分集接收系统误码率比传统的使用单输入单输出(SISO)技术的系 统误码率更低，并且可以减弱码间干扰所带来的影响。优化了可见光通信(VLC)系统的信道性能，具有广阔的应用 前景。

针对空芯光子带隙光纤内部结构提出了一种准确的建模方法，使用全矢量有限元法研究了纤芯结构变化对 光纤散射损耗的影响，对不同纤芯壁厚度以及不同纤芯半径的空芯光子带隙光纤进行了仿真计算，并以归一化分 界面场强表征散射损耗的大小。计算结果表明，纤芯壁相对厚度Tc≈4时，散射损耗可以得到较大的降低，同时散射 损耗也会随着纤芯半径的增大而减小。通过对纤芯结构进行优化，理论上在1.5~1.56 μm 波段范围内散射损耗可 比现有光纤减小50%。

针对目前星间光通信链路信号传输有效时间较短的问题，提出了双向激光链路跟踪稳定性的概念，分析了多种因素对跟踪稳定性的影响。综合接收信噪比、相对运动角速度和链路性能要求等因素，建立了链路稳定时间的期望公式。利用Simulink 建立了双向激光通信链路跟踪仿真模型，通过仿真验证了理论公式的正确性。为实现星间光通信链路保持长时间稳定，提出在不同星间相对运动速度下采用不同控制参数的方法，实现了星间光通信终端控制策略优化，对今后卫星光通信航天工程化应用具有一定的意义。

针对目前相位敏感光时域反射计(φ-OTDR)分布式光纤扰动传感系统难以对扰动事件进行有效判别的问题，提出一种基于多特征参量的扰动模式识别方法。作为识别依据的多特征参量包括平方差、短时过电平率、短时傅里叶变换以及扰动持续时间，对以上特征参量利用加权平均型综合评判函数进行模式识别，可以有效识别出应力破坏(敲击)、攀爬、浇水(模拟下雨环境)以及轻度碾压(模拟非破坏性人为扰动)四种扰动模式。对60组共240个实验样本进行识别，对以上四种扰动事件的识别率分别达到91.2%，88.3%，90%和86.7%。该方法克服了现有单一特征参量识别模式受限的问题，提高了扰动事件识别的准确性。

光存储系统是未来全光通信和全光计算的关键要素。基于有限元方法的仿真实验研究，设计了一种新型的光学存储系统，该系统基于磁光光子晶体单向边界模式与微腔模式的耦合。应用磁光光子晶体单向边界模式特性形成闭合回路。设计另外的单向波导和磁性微腔，电磁信号不仅能从闭合回路中取出，而且能写入回路。通过外加磁场控制微腔属性，可动态实现电磁信号的读写操作。

超音速激光沉积技术(SLD)将激光技术与冷喷涂技术相结合，在保持冷喷涂固态沉积的优势下，极大地拓展了单一冷喷涂技术的可喷涂材料范围。采用超音速激光沉积技术制备了单一冷喷涂难以制备的WC/Stellite 6金属基复合涂层(MMC)，并与激光熔覆(LC)涂层在宏观形貌、显微组织、界面稀释、未熔WC 占比、涂层抗裂纹扩展性能等方面进行对比研究。研究表明：具有固态沉积特点的超音速激光沉积涂层避免了热加工过程中的WC 分解与溶解问题，在采用相同比例的WC/Stellite 6复合材料情况下，超音速激光沉积涂层中WC 体积占比为27.6%，高于激光熔覆层的3.7%；激光熔覆层稀释率约为8.9%，而超音速激光沉积涂层无宏观稀释区；大载荷压痕测试结果显示激光熔覆涂层压痕处出现大量放射状裂纹而超音速激光沉积涂层无裂纹出现，表明超音速激光沉积涂层抗裂纹扩展能力优于激光熔覆涂层。

通过溶剂热法合成了石墨烯-硫化镉(G-CdS)复合材料。利用X 射线衍射仪、透射电子显微镜和紫外可见光谱仪对G-CdS复合材料的结构、尺寸、形貌和吸收特性等进行了表征，结果表明硫化镉量子点的平均尺寸为7 nm，且较为均匀地附着在石墨烯上。利用单光束Z-扫描技术研究了G-CdS复合材料在波长为532 nm、脉冲宽度为30 ps激光作用下的三阶非线性光学特性，结果表明G-CdS复合材料具有正的非线性折射率和饱和吸收特性，其三阶非线性极化率为4.36×10^-12 esu，非线性吸收系数为-6.54×10^-11 m/W。与硫化镉量子点相比三阶非线性特性有较大改善。

提出了一种基于椭偏成像光路和表面等离子体共振效应的金属薄膜参数测量方法，在椭偏成像光路中采用p偏振光在金属薄膜与空气界面产生表面等离子体共振效应，利用不产生表面等离子体共振效应的s偏振光消除背景光的影响，得到表面等离子体共振吸收环垂直方向的归一化反射率曲线，数值拟合获得待测金属薄膜的薄膜参数，这种方法不需要求解椭偏方程，数据处理过程简单，求解速度快。实验中，基于该方法的测量结果与标准椭偏仪的测量结果基本一致，很好地验证了该方法的有效性。

提出了一种二维方向小波构造的新型散斑相位奇异法测量面内微位移。根据二维方向小波的极化分析能力，选取旋转角度为π/2，分别对位移前后的图像进行x 和y 方向的极化分析，构造了一种网状结构的分布稳定的相位奇异点图；提出了两步位移测量的新方法，通过两次傅里叶变换和减运算输出的两个相关亮点图像得到初步位移量，由初步位移的半网格宽度和匹配最邻近奇异点对间的位移求待测物体的精确位移；分别进行仿真模拟和激光鼠标定位实验。结果表明，奇异点在不同噪声条件下的正确匹配率在90%以上，实际的鼠标位移和方向与测量值的鼠标位移和方向之间的误差小于0.5 pixel 和1°。该方法具有奇异点正确匹配率高、测量精度高、对噪声不敏感、稳定性好等优点，能够精确定位激光鼠标的位移和方向。

为了提高光电编码器速度检测精度，设计了一种基于叠栅条纹光电信号的编码器测速方法。结合全微分方程，建立叠栅条纹光电信号测速模型。分析了影响编码器测速精度的主要因素，并对比不同误差对测速精度的影响。结合测速模型设计改进算法，并完成系统实现。实验结果表明：对某21位光电编码器进行测速实验，将测速误差均方根由0.0367 rad/s降低到0.0216 rad/s。此方法测量速度快，测速精度高，适合实时性要求较高的控制场合。

集成成像技术重建分辨率的表征方法对集成成像系统性能的优化及评价具有重要的意义。根据几何光学原理，考虑数字记录过程中的像素离散化影响，结合元素图像阵列中的同名像素相关性，对同名像素在像空间投影叠加实现三维信息重建的过程进行了深入分析，定义了集成成像技术像空间的横向和纵向分辨率，并研究了其沿轴分布特性。理论分析和实验结果均表明，集成成像技术的横向和纵向分辨率沿轴向呈现不均匀的分布特性。

为了研究随高度变化的大气湍流外尺度对斜程路径点目标回波闪烁指数的影响，基于修正Rytov方法，将斜程路径下双基系统及单基系统点目标回波的闪烁指数模型拓展至中度及强起伏湍流区域。该模型不仅包含内尺度因素，而且考虑了随高度变化的外尺度因素。数值模拟结果表明：当湍流起伏较弱时，外尺度对于闪烁指数的影响远小于内尺度；但当系统处于中度及强起伏湍流时，随高度变化的外尺度因素的影响作用明显，不可忽略。在激光通信、激光探测等系统中，可利用该研究结果对系统所处湍流区域引起的闪烁效应进行预测，以调整系统至最佳配置。

大气湍流三维波前复原是星向多层共轭自适应光学中的关键技术。分析了星向多层共轭自适应光学系统中的大气湍流三维波前模式复原算法，并对该算法进行了数值仿真验证和误差分析。分析结果表明：当对2层大气湍流进行三维波前复原时，若采用自然导星，因平移像差不能被探测，导致平移和倾斜两种模式不能被准确复原；若采用激光导星，因平移和倾斜像差不能被直接探测，导致平移、倾斜、离焦和像散几种模式不能被准确复原；当对3层大气湍流进行三维波前复原时，模式混淆总是存在，无法消除，各层大气湍流波前不能被准确复原；当观测目标在探测高度的波前被自然导星光束完全覆盖时，其波前可以被准确复原。

利用数值模拟方法，采用桶中功率为86.5%定义的环围功率束宽作为光束扩展的评价参数，研究了环状光束在大气湍流中沿斜程路径传输的光束扩展。研究结果表明，自由空间中遮拦比越大，远场光强旁瓣越明显。大气湍流造成光强旁瓣消失，且远场光强分布并不是高斯分布。光束扩展随着遮拦比和天顶角的增大而增大，大气湍流对光束扩展的影响也随天顶角的增大而增大。当遮拦比较大或较小时，湍流对光束扩展影响随遮拦比的增大而减小；当遮拦比中等大小时，湍流对光束扩展的影响几乎不随遮拦比而变化。与已有研究结果比较发现，按照桶中功率不同百分比定义的环状光束环围功率束宽受大气湍流影响规律是不同的，研究结果对实际应用具有意义。

圆偏振光较线偏振光具有更多的潜在优势，尤其是在浑浊介质中，利用圆偏振光的旋性进行目标探测可以有效抑制散射光的影响。从经典单粒子偏振态描述方法出发，从散射介质属性和单次散射角大小的角度，阐明了圆偏振光在散射介质中旋性反转与保持的机理，并通过蒙特卡罗方法建模仿真，分析了圆偏振光的后向散射旋性反转特性。仿真结果表明，单次散射后，圆偏振光旋性的保持或反转取决于散射介质的属性及散射角的大小；多次散射后，圆偏振光的旋性保持或反转还和光子入射方向与光子接收面夹角的大小相关。特别地，圆偏振光的后向散射在低浓度散射介质中或短距离传输时会发生旋性反转，而在浑浊介质即高浓度散射介质中或远距离传输时会保持其初始偏振态。

利用激光雷达探测水云的光学和微物理特性时，水云的多次散射会在雷达回波中产生去极化信号，给出了半解析蒙特卡罗方法模拟偏振激光雷达后向散射去极化率的详细过程，给出了0.532 μm 激光作为光源入射时，典型水云的后向散射Muller矩阵二维分布图，以及水平线偏振、垂直线偏振、+45°线偏振和右旋圆偏振光入射时，后向散射的Stokes矢量的二维分布图，最后给出了去极化率和极化率随激光雷达接收视场角以及穿透深度的变化。从数据结果可以看出，接收视场角越大，多次散射的影响越大。给出的蒙特卡罗模拟方法对利用激光雷达遥感反演水云和球形气溶胶的特性具有重要的应用价值。

基于光子晶体光学塔姆态的耦合分析，提出了一种含金属插层的折射率传感结构。对该光子晶体结构中光学塔姆态的形成机理进行了分析，并调整金属插层的厚度来实现两个光学塔姆态的耦合。建立缺陷峰波长与待测溶液折射率的关系模型，并分析其折射率传感特性。通过对光子晶体周期数和入射角度的讨论，可以得到，增加光子晶体周期数(或入射光的入射角度)可减小缺陷峰的半峰全宽(FWHM)，从而提高传感器的灵敏度和折射率的分辨率。以乙二醇为待测样本，可得该传感器的灵敏度为445.45 nm/RIU(折射率单元)，品质因数(Q 值)可达1259.45。该传感器结构具有制备工艺简单和结构紧凑等优点，可为高Q 值和高灵敏度折射率传感器的设计提供一定的理论参考。

光学遥感影像可以快速提取大面积玉米冠层信息，但无法提供冠层垂直结构信息，导致反演玉米叶面积指数(LAI)时存在无法表达植被冠层内部叶片贡献而使反演LAI偏低的问题；地基激光雷达能够获取玉米冠层的高精度三维结构信息，但是每次只能在有限样区内获取。结合这两种技术的优势，利用将激光雷达数据体素化的方式，通过冠层分析法提取高精度的冠层结构信息；利用Landsat8光学影像获得大面积玉米冠层反射率，与得到的冠层结构信息进行回归分析，从而反演得到大面积的玉米冠层精确LAI结果。研究结果表明，归一化植被指数(NDVI)与激光点云计算的LAI相关性最强，相关系数R2=0.8086，均方根误差(RMSE)为0.1230，比值值被指数(RVI)相关性最差，R2=0.7079，RMSE 为0.1520，通过实测值验证分析，三种模型的平均相对误差均小于10%，模型的可信度较高。

为提升激光雷达的分辨率和作用距离，发射信号应选取具有较大时宽的宽带相位调制信号或宽带线性调频(LFM)信号。现阶段的激光频率调制技术难以在短脉宽内产生宽带LFM 信号，为此主要研究了基于马赫-曾德尔调制技术产生激光频段宽带LFM 信号的方法。在利用一个双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)实现IQ 正交调制产生激光频段LFM 信号的基础上，提出了一种基于两个DPMZM 的激光频段三倍频LFM 信号产生方法。理论分析和仿真结果表明，该方法具有较好的谐波抑制能力，而且能够大幅度降低输入调制信号的带宽，可以在较低速率的数模转换条件下技术实现。

分析了苯并[k]荧蒽(BkF)、苯并[a]芘(BaP)和两者混合物的荧光特性，结果表明BkF 存在2 个荧光特征峰，BaP存在6个荧光特征峰，BkF 和BaP 的最佳发射波长均为405 nm。不同浓度配比的混合物荧光特性差异较大，但最佳发射波长没有发生变化，仍为405 nm。在激发波长为250~400 nm，发射波长为350~500 nm 范围内，BkF 和BaP 荧光光谱重叠较为严重。为了准确检测混合物中两者的质量浓度，采用人工蜂群(ABC)算法优化的误差逆向传播(BP)神经网络对其进行检测，结果表明ABC-BP神经网络优于遗传算法(GA)-BP 神经网络。ABC-BP神经网络能够准确检测质量浓度为1.000~10.000 ng/L 的混合物中BkF 和BaP 的质量浓度。10 组混合物样本中，BkF 和BaP 的回收率平均值分别为99.19% 和99.26%。

由于自由定标法-激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)需要元素归一化，多元素同时参与计算，土壤中微量元素谱线较弱，计算Saha-Boltzmann斜线困难，因而采用元素粒子比方法对多种国家标准土壤样品和实地采集的土壤样品中Cr的含量进行了预测。通过Saha-Boltzmann方程计算了等离子体中Cr、Si、Fe 3种元素的等离子体温度，以Al I 309.284 nm特征谱线的Stark展宽计算了等离子体电子密度，验证了实验条件下等离子体处于局部热平衡(LTE)状态。结合Saha-Boltzmann方程和Saha方程，计算土壤样品等离子体中Cr、Si元素的粒子比，从而计算出Cr元素在土壤样品中的含量。实验对国家标准土壤样品中Cr的预测相对误差在7%以内，对实地采集土壤样品中Cr的预测相对误差最大值为16.438%。研究结果表明元素粒子比方法可以用于土壤中Cr含量的快速分析，提高了LIBS技术用于土壤元素含量快速探测的优势。

传统活力检测方法存在操作复杂、耗时长、可重复性差、对种子造成损伤且不可逆等不足，基于此，提出一种基于光声光谱结合最小二乘支持向量机回归(LS-SVR)的稻种活力快速、无损检测方法。在温度为45 ℃、相对湿度为90%的条件下，对南粳46(粳稻)和内5 优8015(杂交稻)进行高温高湿人工老化处理，依次老化0，24，48，72，96 h，获得不同活力的稻种；采集2类稻种光声光谱数据，总计100份，其中校正集样本60个，预测集样本40个；采用小波包对原始光谱数据进行预处理，通过协方差分析和主成分分析(PCA)对光谱进行降维；分别通过偏最小二乘回归(PLSR)、反向传播神经网络(BPNN)和LS-SVR 建立稻种活力预测模型。其中，采用协方差分析结合LS-SVR 建立的模型性能最优，该模型不仅适用于单一稻种，而且适用于不同种类稻种活力的预测。研究表明，采用光声光谱技术结合LS-SVR 对稻种活力进行测定是可行的，且所建模型在稻种活力预测方面具有较好的预测精度，为便携式水稻活力光声光谱仪的研制提供了理论依据。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的分析灵敏度会明显受到等离子体中电子轫致辐射的影响。由于电子轫致辐射的弛豫时间一般比原子辐射的弛豫时间短，因而可以采用时间分辨的信号检测技术来提高信号与背景之比。采用带有一种简单的新门控电路的光电倍增管来检测LIBS 中的信号并以更高的分析灵敏度分析了铝合金样品中的铜杂质。该门控光电倍增管对背景的抑制比可达15∶1。铝合金中铜的检出限达到了1.02×10^-6，与不采用门控技术相比有明显改善。这种门控的光电倍增管可以用于降低LIBS 技术中背景辐射的影响，同时改善LIBS 的分析灵敏度和空间分辨本领。

采用Nd∶YAG 脉冲激光器输出单脉冲序列激光重复作用于土壤样品表面同一位置使其形成熔穴，由光栅光谱仪和ICCD 采集每个激光序列脉冲的等离子体发射光谱，研究了激光诱导熔穴对土壤样品等离子体辐射特性的影响。实验结果显示，在熔穴的约束作用下，Cr和Pb 元素的谱线强度和信背比都随激光序列脉冲个数的增加呈先增大后减小的变化趋势；熔穴约束的最佳尺寸为直径1.0 mm、深度2.5 mm。随着激光脉冲个数的增加，FeⅠ422.64 nm自吸程度逐渐降低直至消失。研究结果表明，在熔穴孔径的约束作用下，谱线强度和信背比大幅提高，等离子体电子温度升高，有效地降低了谱线的自吸程度。

离轴三反光学系统目前常被多谱段共口径光学系统作为共口径端，检测离轴三反光学系统中凸非球面次镜时，需要通过补偿法来实现非球面的高精度检测，因此补偿器的优化设计是关键技术之一。对于二次曲面系数较大同时背面为非透射面的小口径凸非球面，无法采用非球面透射式的补偿法进行检测，因此采用凸非球面直接作为反射面的自准直平行光补偿检验法。根据设计思路，利用Zemax软件构建初始结构并对其进行优化，这样简化了初始结构计算过程，同时能得到理想的补偿器系统结构。给出了一个口径为80 mm、二次曲面系数为-6.5，F 数为5.00375 的凸非球面反射镜的补偿器系统的设计过程和公差分析过程，系统工作波长为632.8 nm，均方根值为0.000015λ，公差分配后残余波像差为0.0104708λ。

为实现高分辨率全天候对地观测，充分利用了长焦距、大孔径空间光学系统的特点，设计了可见、红外共孔径光学系统。系统由可见光光学系统和红外子系统组成，视场角1.3°×0.1°，便于共光路同时推扫成像。可见光光学系统采用同轴三反结构，谱段0.38~0.78 μm，焦距25 m，F 数10，具有中间像面和实际出瞳，便于抑制杂散光。在可见光光学系统出瞳附近分光并以红外子系统与之承接，形成共孔径红外光学系统，谱段8~10.5 μm，焦距4 m，F 数1.6。优化后，双波段像质均接近衍射极限，满足设计指标且全系统结构紧凑。进行了公差分析，并通过蒙特卡罗方法验证了公差分配的结果满足静态传递函数优于0.2的设计要求。

2015年6月，中国科学院理化技术研究所空间功热转换技术重点实验室采用深低温制冷技术将Tm∶YAG 激光晶体冷却至130 K，采用785 nm 波长半导体泵浦源抽运Tm∶YAG 激光晶体，在785 nm 波长半导体抽运源抽运功率为4.03 W 时，实现了最高平均功率2.12 W，单频波长2013.4 nm，线宽为10~20 KHz，基模的红外固体激光输出，功率稳定性为0.9%，经1/4波片矫正输出的线偏振光偏振度可以达到-0.22 dB以上，这是目前为止，课题组所知国际上公开报道的2013.5 nm 波长红外固体风冷激光器单频、偏振、基模输出的最高记录。

采用极化曲线、电化学交流阻抗谱、X 射线衍射仪(XRD)测试残余应力、扫描电镜(SEM)测试腐蚀形貌从实验上研究了强激光冲击对7075 铝合金等离子弧焊接头电化学腐蚀行为的影响。研究结果表明，激光冲击后7075 铝合金焊接头表面残余应力由拉应力变成压应力，从而使得铝合金等离子弧焊接头的自腐蚀电位和点蚀电位提高，激光冲击4 次后自腐蚀电位正移700 mV，点蚀电位正移约为1000 mV，极化曲线上出现了电位范围至712.9 mV 的阳极钝化区间。经过激光冲击处理细化晶粒，7075 铝合金焊接头的显微孔洞数量和气穴的体积减少，组织致密性提高，溶液中Cl等原子的渗入被有效阻止，从而降低了腐蚀速率，使自腐蚀电流密度降低了1个数量级。激光冲击使焊接头处晶粒沿β相分布变得均匀，β相与α基相构成的微电偶的活性降低，钝化电阻比冲击前提高了近30 倍，浓差极化现象大为改善。

针对Ti₂AlNb/TC4 异种钛合金利用激光焊接焊缝容易产生气孔的问题，提出了采用激光光束偏移来焊接Ti-22Al-27Nb 与Ti-6Al-4V 异种材料的方法。试验结果表明，光束偏向Ti-22Al-27Nb 侧时能够有效抑制焊缝中气孔缺陷产生；光束居中及偏向Ti-22Al-27Nb 一侧焊接时，焊缝相组成为B2相，光束偏向Ti-6Al-4V 一侧进行焊接时，焊缝相组成为B2+α′相；Ti-22Al-27Nb 侧热影响区为单一的B2 相，Ti-6Al-4V 侧热影响区为针状α′相和原始α相。由于激光光束偏向Ti-6Al-4V 一侧时焊缝中针状α′相的第二相强化作用，使其抗拉强度及塑性高于光束居中和偏向Ti-22Al-27Nb一侧时的性能。

搭建了基于空间光调制器的非相干光照明全息记录系统，建立了系统的波动数学模型，获得了系统的点扩展函 数、横向放大率以及再现距离的具体表达式。实验给出了分辨率板的相移数字全息图和重建像，然后对两个非荧光 骰子进行全息拍摄，在不同平面实现了数字聚焦。给出了该系统下的彩色全息实验结果。结果表明这种非相干光照 明全息系统可以快速获取三维物体的全息图，再现时结合相移算法可以得到无零级像和共轭像的高质量重建像。

为满足天文观测及激光通信等领域的1000单元级以下的自适应光学(AO)系统的高速实时处理的要求,提出一种单板上实现高速实时计算的通用化技术方案。采用多核CPU实时计算波前,结合高速图像采集卡,以满足系统高帧频的需求；计算机系统采用Xenomai实时操作系统及Linux操作系统，以满足AO 系统低延迟的需求；实现了在单台计算机上集成实时处理与监控的紧凑型处理系统。采用向量指令优化及多核并行运算，在6核的计算平台上获取了峰值每秒510亿次浮点运算的计算能力，102 GB/s的通信带宽。仿真结果表明可以对1145个驱动器，949个子孔径的系统进行2000 Hz的处理，处理延迟低于240 μs；通过修改参数后，应用于光通信的137单元AO系统中，校正后斯特列尔比为0.61。结果表明该处理方案能满足1145单元以下AO 系统2000 Hz实时处理的需要,并具有通用性。