采用电子束蒸发制备了1064 nm 高反膜样品，并通过激光预处理系统对样品表面的部分区域进行了光栅式扫描，形成等离子体烧蚀区域。搭建了光束质量测试系统，记录在样品表面有无等离子体烧蚀两种情况下的反射光束的空间强度分布。采用经典周期图法，分别计算了各自的强度分布的功率谱密度。结果表明，等离子体烧蚀导致的传输光束峰值强度对应于功率谱密度曲线中心峰值强度，而周期性起伏则体现在相应频率下的峰值。因此功率谱密度曲线可以作为表征光学元件对传输光束调制的手段。

数值模拟了高的偏置电流下半导体环形激光器的动态特性，给出了不同反馈系数、偏置电流以及延迟时间下的混沌分叉图。详细的过程状态表明在不同参数下半导体环形激光器进入混沌的路径不同。结果发现半导体环形激光器在高的电流驱动下产生混沌信号具有高带宽的特点。并研究了不同的参数对混沌带宽的影响，发现在反馈系数为0.5时，混沌带宽可以达到18 GHz。

报道了利用飞秒激光产生的等离子体冲击波对高超声速飞行的钝体飞行器进行减阻的研究。通过模拟计算了距离地球表面30 km、来流马赫数为5 的大气环境中，飞秒激光能量注入后产生的等离子体冲击波与钝体飞行器头部正激波相互耦合的演化过程，分析了飞秒激光等离子体减阻的机理。通过求解Navier-Stokes 方程，计算了飞秒激光能量对飞行器减阻效果的影响。结果发现，利用飞秒激光产生的等离子体冲击波比纳秒激光等离子体冲击波对飞行器的减阻效果更明显。当飞秒激光能量为0.06 mJ时，能使飞行器所受的阻力减小98%，飞秒激光能量越高，减阻比越高，低阻力持续的时间越长，减阻效果越好。采用3 个飞秒激光能量点源沉积的方式能够更好地实现飞行器的减阻，提高了最佳减阻比，节省了激光能量。

根据单管半导体激光器出射光束特点，分别采用1/e2、环围能量以及二阶矩定义描述光束束宽，在高斯光束近似下采用双曲线拟合法测算得到不同方法定义束宽时的光参数积(BPP)，并与芯径为105 μm、数值孔径为0.2 的光纤所能接受的最大BPP 进行比较。对该单管半导体激光器进行光纤耦合，实验中单管半导体激光边模数量随注入电流的增大逐渐增多，光束质量的恶化导致其光纤耦合效率逐渐降低，当注入电流由1 A 增大到13 A 时，光纤耦合效率由96.5%降为88.8%。研究表明以二阶矩定义束宽半径测算光参数积BPP 去描述与评价单管半导体激光器光束质量特征是最为准确合理的。

为了缩短惯性约束聚变(ICF)激光装置在靶场区光束引导的总时间为基于光束引导传感器固定子区划分的光束引导方法，提供了引导路径的一种优化方法。通过优化预备子区中心到目标子区中心的角度，最小化对引导总时间有贡献的投射镜的角位移量的总和。以终端光学组件的一种布置为研究对象，以引导目标点为靶室中心的情况为例，介绍了引导路径的优化过程。引导总时间的估计表明，与普通的串行光束引导方法相比，该方法可以很大程度上缩短光束引导的总时间。当预备子区中心与目标子区中心之间的距离为1 mm 时，引导总时间可以缩短为采用普通串行引导方法时的0.518倍。

为了提高环形激光陀螺(RLG)的空间环境适应性，提出了基于菲涅耳透镜的RLG 抗辐照读出方案。该方案采用菲涅耳透镜对RLG 输出的顺/逆时针光进行会聚，在其焦平面前方得到了条纹数不变、尺寸显著减小的干涉条纹。相比于采用普通凸透镜，基于菲涅耳透镜的读出系统在球差校正和安装便利性等方面更具优势。计算结果表明，该方案能将RLG 输出光斑尺寸降低到原水平的1%以下，显著降低了对光电管的尺寸要求，从而大幅减小了辐照对探测器的损伤，提高了RLG 的空间环境适应性。

建立了描述电磁搅拌辅助激光熔凝过程的电磁场和流场的三维数学模型，采用有限元和有限体积结合的方法实现激光熔池中电磁场与温度场及流场的耦合模拟分析，研究了电磁场对激光熔池流场与温度场的影响。结果表明，电磁力在水平面上呈周向分布，切向电磁力的大小从熔池边缘到中心递减；在旋转磁场的作用下，熔池内温度略有降低，温度梯度减小；熔池内液体趋向旋转运动，速度场分布与电磁力相似；熔池纵向环流增加，使熔池内的熔体对流加剧，有利于传热，加快冷却；激励电流大小对电磁场和熔池流场有明显影响。为激光加工提供理论参考。

实验优化设计了808 nm 分布反馈(DFB)半导体激光器的二级布拉格光栅结构，介绍了808 nm DFB 半导体激光器光栅制备的工艺过程。采用全息光刻方法和湿法腐蚀技术在GaAs 衬底片上制备了周期为240 nm 的光栅图形，全息光刻系统采用条纹锁定技术降低条纹抖动和提高干涉稳定性，腐蚀液中H3PO4、H2O2 和H2O 的体积比为1:1:10 ，腐蚀时间为30 s。光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)测试显示，光栅周期为240 nm，占空比为0.25，深度为80 nm，具有完美的表面形貌及良好的连续性和均匀性。

高峰值功率、高稳定性以及优越光束质量的激光光源是材料加工与处理的理想选择。利用重复频率为120 kHz 、脉宽为220 ps、平均功率为26 μW 的种子光源，经过光纤和固体组成的混合放大系统，最终得到平均功率为39.2 W 的激光输出，峰值功率达到1.5 MW。预放大器由两级光纤放大器组成，功率放大器为四级端面抽运的Nd:YVO4固体放大器，通过控制晶体掺杂浓度、晶体温度以及抽运光束直径，并且调节各个放大级中的填充因子，最终得到输出光束的光束质量因子为M2=1.3。

为了进一步提高主动探测系统的回波信噪比和时空分辨率，采用蒙特卡罗法建立了参与性介质中超短脉冲激光的双程瞬态辐射传输模型。基于该模型，分析了各向同性散射介质中介质物性参数和目标反射特性对高斯脉冲激光回波信号角度特性的影响。研究表明，光学厚介质中，目标回波信号的入射天顶角已达到稳定状态，峰值角度区间为30°~40°，能量集中范围为30°~50°，且其时间展宽特性与所处角度区间无关；光谱衰减系数对回波信号的能量衰减和脉冲宽度均存在强烈影响，散射反照率则着重体现在后期回波信号的能量衰减上；镜反射引起的高强度前期回波信号减弱，镜-漫反射间目标回波信号的绝对差值极其微小，呈现弱关联性。可为选通摄像机的设计选型及脉冲激光器的波长选取提供参考借鉴。

钛蓝宝石晶体作为一种重要的激光介质，具有宽带的吸收光谱及宽带可调谐的发射光谱等特性，使其在集成光学中有广泛的应用前景。这里利用重复频率为1 kHz，中心波长为800 nm，脉冲宽度为120 fs的飞秒脉冲激光在钛蓝宝石晶体中横向刻写双线型波导，系统地研究了激光写入晶体深度、刻写速度以及波导双线间距对波导导光情况的影响，在写入激光脉冲能量为2 μJ，写入深度为175 μm，刻写速度为90 μm/s，波导双线间距为26 μm 的条件下，得到一组导光模式较优的双线波导并发现其具有偏振导光现象。利用波导的近场模式强度分布重构了其折射率分布图，得到最大的折射率增加量为1.9×10-4。用散射法测试了光波导的传输损耗为1.82 dB/cm。

采用光纤激光对ZM5镁合金薄壁铸件进行补焊研究，以焊道稀释率和表面交角进行工艺评价，通过扫描电子显微镜(SEM)和X 射线衍射(XRD)表征了样品的显微组织、相组成，并作了拉伸试验分析。结果表明，补焊焊缝稀释率和焊道表面交角成线性相关变化，补焊层由细小的等轴树枝晶组成，平均晶粒直径为15~20 μm，约为ZM5 母材的1/4；补焊层基体组织为α -Mg 相，晶界析出Mg-Al共晶相，其中β -Mg17Al12以连续网状或不规则的点状析出；补焊层抗拉强度和延伸率优于母材，补焊层拉伸断口为准解理断裂，断口有少量韧窝，而经均匀化热处理的母材断口为脆性断裂的解理断口。组织表征和性能试验表明，光纤激光可实现ZM5 镁合金铸件的缺陷补焊，且在工艺上具有很好的适应性。

铝锂合金是航空航天工业中最理想的轻质高强结构材料，为提高铝锂合金切割质量，采用1 kW 光纤激光器对2 mm 铝锂合金进行切割试验。初步探讨了离焦量、辅助气体压力、激光功率和切割速度对切割质量的影响，深入研究了连续激光模式与脉冲激光模式下的切割质量差异，结果表明脉冲模式下切缝挂渣少、粗糙度小。在此基础上，通过正交试验直观分析、方差分析、信噪比分析对工艺参数进行优化设计，最终获得良好的切割质量：挂渣厚度为0.087 mm，表面粗糙度为4.81 μm。

高功率光纤激光焊接SUS 304 不锈钢板的过程中，熔池由于受力不平衡出现下掉，并在试件底部流动堆积，从而形成底部驼峰。采用高速摄像和“三明治”试件焊接新方法，分别从不同角度拍摄熔融金属的流动情况并从侧面直接观测小孔和熔池的变化过程。结果表明，孔内熔融金属流动的不连续和小孔前沿孔壁凸起向下移动，以及孔内金属蒸气压力导致小孔底部熔池形成多个熔滴；底部熔池表面张力和熔池的流动导致熔融金属不断向后流动从而汇聚形成驼峰；底部驼峰的形成影响熔池的流动状态，是导致焊缝表面塌陷的原因。

采用连续激光焊接工艺对26Cr-3.5Mo 铁素体不锈钢进行焊接，研究了激光焊接热输入(HI)对焊接接头显微组织和力学性能的影响。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)和能谱分析仪(EDS)研究焊缝显微组织和析出相的析出规律，采用维氏显微硬度仪和拉伸试验机对焊接接头的机械性能进行测试。结果表明, 焊缝中心产生细小的等轴晶，随着激光焊接热输入的增加，焊缝中心等轴晶区的宽度增加，其占整个焊缝截面的比例先增加再减小。热影响区(HAZ)宽度较窄，为0.1~0.2 mm，且没有发生明显的晶粒粗化现象。焊接接头HAZ发生软化，其显微硬度值低于焊缝和母材。焊接接头抗拉强度与母材相当，但断后伸长率小于母材，且随激光焊接热输入的增加而减小。

为了预测激光深熔焊T 型接头的焊缝形貌并优化工艺参数，基于响应面分析的方法，建立了激光深熔焊工艺参数与焊缝形貌特征参数之间的数学模型，进行了方差分析、模型验证。基于所建模型，研究了工艺参数对焊缝形貌的影响规律，并对工艺参数进行了优化，从而实现了对焊缝形貌的预测。结果表明，所建立模型能够准确预测焊缝形貌，预测值与实验值误差很小，经优化的工艺参数既满足焊缝形貌要求也可降低热输入约27％。

设计了窄间隙的坡口并采用CO2 激光填丝多道焊的方法焊接了厚度为50 mm 的30Cr2Ni4MoV 转子钢，焊后观察并分析了接头不同区域的组织特征，通过接头的拉伸、弯曲试验及显微硬度评定了接头的性能，结果表明：选取优化的窄间隙激光填丝焊接工艺焊接的50 mm 厚30Cr2Ni4MoV 钢对接焊接头成形良好，无侧壁未熔合等缺陷。接头中部填充焊焊缝中心由大量的针状铁素体和少量的粒状贝氏体组成，冲击韧性良好，表层填充焊焊缝由马氏体及少量的粒状贝氏体组成，冲击韧性有所下降。焊接接头拉伸试样均断于母材，接头最大硬度位于接头表层填充焊热影响区(HAZ)粗晶区，焊缝区的硬度较HAZ低很多。

采用脉冲光纤激光器，探索激光径向修锐树脂立方氮化硼(CBN)砂轮关键工艺参数，开展了激光烧蚀树脂结合剂轮脉冲重叠率实验、激光烧蚀纯树脂结合剂轮实验和激光修锐树脂CBN 砂轮实验，并进行了磨削实验验证。结果表明，光纤激光径向修锐树脂CBN 砂轮最佳脉冲重叠为30%~50%，最佳单脉冲激光功率密度分布于5×107~7.5×107 W/cm2区间内，修锐深度可达到39 μm ，磨削工件的表面粗糙度为0.789 μm ，磨痕窄而浅，修锐效果良好。

具有超声定位的高空间分辨率特点和光学检测的高灵敏度特点的超声调制光学成像(UOT)既可以对光吸收介质进行成像也可以对光散射介质进行成像。在介质和光电倍增管(PMT)之间放置两个小孔，通过控制PMT 的探测位置提高了系统的信噪比和成像对比度，同时获得了浑浊介质中隐含散射体和吸收体的一维成像。实验结果表明在不同的探测位置处，超声调制光信号的调制深度M 与介质的吸收系数和散射系数的关系不同。选择合适的PMT 探测位置，超声调制光学成像信号不仅可以体现吸收体和散射体的大小和强弱，还可以分辨出吸收体和散射体的不同。

为了提高可见光通信(VLC)的频谱利用率，提出一种多维编码方法，从编码原理和性能上进行了理论分析，在此基础上构建了基于RGB发光二极管(LED)的可见光视音频传输系统，并对该编码方法进行了实验验证。实验对多基色LED采用16脉冲位置调制(16-PPM)作为基调制的多维编码方法，在3 m距离上实现了1.5 Mbit/s的视音频数据流传输。结果表明，多维编码方法可以有效利用可见光的宽频谱，提高信道容量，为进一步实现高速通信系统提供了可能。

太赫兹光非对称解复用器(TOAD)是一种全光信号处理领域中常用的器件, 其具有响应速度快、可集成、稳定性好等优点。本文提出了一种基于TOAD 的全光时钟倍频技术方案。通过模型仿真，模拟对TOAD 输入直流光，在时钟脉冲前后沿附近会产生双峰输出现象,以此来分析TOAD 的开关特性，研究了控制光能量、开关窗口大小、半导体光放大器增益恢复时间等因素对双峰输出特性的影响。对光时钟信号进行了全光二倍频、三倍频和四倍频的仿真，从频谱上观察，倍频准确，并且在实验上实现了200 Mb/s和1 Gb/s时钟的全光二倍频，与仿真结果相符。

针对现有无线定位算法精度较低和成本较高的不足，结合基于发光二极管(LED)照明器件的可见光通信(VLC)系统，考虑相机成像镜头材质不均、装配偏差等因素对真实图像的扭曲和畸变，设计提出了一种新型的基于LED 信号光源的相机定标定位算法。该算法根据接收机与LED 信号光源的位置关系和通过VLC 系统获取的LED信号光源的位置信息，可以解算出接收机的位置和姿态信息，并可以通过对准校正提高VLC 系统抗干扰能力的影响。实验结果表明，该算法在实现厘米级定位精度的同时，可以解算出5°级别的姿态角度信息；同时，使用该算法根据位置信息进行对准校正的VLC 系统误比特率较跟踪校正的VLC 系统误比特率提高了两个数量级，提高了VLC系统的抗干扰能力和稳定性。

进行了窄线宽、低重复频率和无色散管理的全光纤皮秒脉冲种子源的研究。数值仿真分析了腔内脉冲的演化过程，研究了腔长和光纤光栅带宽对脉冲稳定性和脉冲宽度的影响。搭建实验系统，对腔长和抽运功率的影响进行了实验研究，在腔长为24.1 m 时，成功产生86 ps的稳定光脉冲，其线宽为0.04 nm，重复频率为4.3 MHz。当将此脉冲放大用于相干反射托克斯拉曼散射(CARS)光谱探测，理论光谱分辨率可达0.3 cm-1。

理论研究并模拟仿真了在半导体光放大器(SOA)中的基于平行双抽运结构的偏振复用十六进制正交幅度调制-正交频分复用(16QAM-OFDM)信号的全光波长变换(AOWC)。理论推导及仿真结果表明偏振复用16QAMOFDM信号可以经过全光波长变换实现偏振不敏感信号无串扰直接接收，并对影响系统转换效率的因素，如频率间隔、SOA 注入电流、信号光功率及信号光入射角等进行了分析，同时分析结果验证了理论推导的正确性。

基于渐逝波光场对微纳粒子具有光吸附力的效应，提出了利用熔融拉锥光纤吸附沉积半导体量子点的实验研究。以波长为980 nm 的激光作为光源，在熔融拉锥光纤表面成功吸附沉积了高密度硫化铅(PbS)量子点薄膜。通过光抽运，在吸附沉积PbS 量子点的熔锥光纤中观测到PbS 量子点光致发光光谱，并实现了在1550 nm 波段的光放大，增益达6.8 dB。

为减少放大自发辐射和抑制寄生震荡，需在激光钕玻璃片侧面粘接一层吸收介质包边玻璃，其中，包边残余应力是粘接的一个重要参数。详细描述了激光钕玻璃与包边玻璃在包边粘接过程中粘接界面附近残余应力的来源，实验讨论分析了精密退火、加工、包边粘接等对界面附近残余应力的影响。结果表明，退火过程中的边缘应力对粘接界面附近残余应力影响比较大，且包边面加工面型匹配越差，则界面附近残余应力越大，而低收缩率和低模量的粘接胶对界面附近的残余应力影响较小。

研究了激光冲击AZ31镁合金在不同退火条件下的力学性能及其断口形貌。结果表明：随着退火温度及退火时间的增长，合金的硬度逐渐降低；在相同的退火时间(30 min)条件下，抗拉强度及延伸率在200 ℃~350 ℃温度区间内，随着温度的升高逐渐增加，在400 ℃退火后迅速降低；在相同的退火温度(350 ℃)条件下，随着时间的延长抗拉强度逐步降低，伸长率先略有增加然后降低；最佳的退火温度及时间为350 ℃和30 min，抗拉强度和断裂伸长率分别达到342 MPa 及18%。不同的退火工艺对激光冲击后合金的断口形貌有明显影响，在350 ℃和30 min 退火后断口呈现明显的韧性特征。

报道了磷酸盐激光钕玻璃的连续熔炼线，以及采用连续熔炼工艺获得的400 mm 口径N31 钕玻璃的主要性能。连熔所制备的N31-35 钕玻璃的掺杂离子浓度为3.47(±0.02)×1020 cm-3；1053 nm 处的折射率为1.5336±0.0005；400 nm 处的吸收系数平均值为0.098 cm-1；1053 nm 处的激光波长损耗为0.13~0.15% cm-1；3000 cm-1 处的吸收系数平均值为0.83 cm-1。400 mm 口径连熔N31 钕玻璃的透射波前畸变在633 nm 处小于λ/3 波长。采用1053 nm、脉冲为3 ns激光作用下连熔钕玻璃的体破坏阈值大于40 J/cm2。结果表明，在N31 钕玻璃的连续熔炼工艺中，除铂金和除水都取得了很好的效果。

研究了气流环境下碳纤维/环氧树脂复合材料激光烧蚀羽烟对透射率的影响。由射流理论得到光学路径长度关系式，由碳纤维/环氧树脂复合材料的激光烧蚀模拟得到羽烟密度及速度关系式，进而利用Lambert-Beer 定律得到了羽烟透射率的计算模型。利用模型计算了激光辐照过程中的羽烟透射率，并与实验结果进行比较，验证了模型的合理性。进一步计算了外部参数对激光透射率的影响，计算结果表明，激光辐照开始后，热解区域在表面，烟气易于逸出，透射率快速下降到最低值，随后热解区域内移，由于材料渗透率较低，烟气逸出困难，透射率逐渐回升；激光功率密度越大，最小透射率越低，辐照期间的平均透射率越低；气流速度较大时，整个辐照期间的透射率都较高；总功率一定时，光斑半径越大，最小透射率越高，辐照期间的平均透射率越低。

采用CeO2，Al2O3，Y2O3，Pr6O11粉体材料按照(Ce0.001PrxY0.999-x)3Al5O12(x=0.001~0.005)混合均匀并压片成型，经冷等静压后在真空感应炉中烧结约18 h 制备出Ce，Pr:YAG 荧光透明陶瓷。样品的X 射线衍射(XRD)谱表明样品呈现纯YAG 相。分别测试不同掺Pr3+原子数分数样品的发射光谱，发现了Pr3+在610 nm 处的浅红光发射峰，通过改变Pr3+的掺杂原子数分数可有效调节白光的色温和相关显色指数。实验测试结果表明当Pr3+的原子数分数为0.1%时，Ce，Pr:YAG 透明陶瓷的综合参数较好。在注入电流为100 mA 的情况下，光效为90 lm/W，色温为4905 K，显色指数为80，色坐标为(0.35，0.41)。此结果在白光的色温、显色指数等性能方面较传统的荧光材料有很大的优势，有望在室内照明领域得到深入的应用。

为深入分析高重频CO2 激光对HgCdTe 晶体的损伤机理，开展了高重频CO2 激光对HgCdTe 晶体的温升实验，测得了不同激光重复频率(1、5、10 kHz)下HgCdTe晶体的温升过程，建立了高重频CO2激光辐照HgCdTe晶体的理论模型，分析了激光重复频率对晶体温升特性的影响；利用ANSYS有限元软件计算了热损伤时HgCdTe晶体的温升值和热应力大小，并结合损伤形貌分析了激光热应力对HgCdTe 晶体损伤的影响。研究结果表明，高重频CO2激光长时间辐照下，晶体表面温度随着辐照时间的增加而升高，辐照10 s时，Hg0.826Cd0.174Te晶体基本达到热平衡，热平衡温度为77 ℃；重复频率大于1 kHz 时，激光重复频率的大小对HgCdTe 晶体温升特性的影响较小，晶体表面温度主要由激光平均功率密度来决定；激光热应力对HgCdTe 晶体的损伤特性影响较小，Hg0.826Cd0.174Te 晶体熔化时的最大热应力为5×107 Pa，该值远小于晶体的极限应力。该研究将对高重频CO2 激光在激光防护等方面具有一定的参考价值。

蓝光激光器在生物工程、激光显示屏、激光医疗以及侦查通讯等众多领域都有着重要应用，而谐振腔作为激光器的重要组成部分，如何合理有效地激发出蓝光更是研究的重点。针对蓝光激光器的使用要求，以Nd:YAG作为基底，Ta2O5和SiO2分别作为高低折射率材料，利用电子束真空镀膜设备，双离子源辅助沉积的方法进行谐振腔面膜的制备。借助膜系设计软件对实验进行模拟分析，优化改善电场分布，减小激光对薄膜的损伤，详细地叙述了极值法累积误差产生的原因，以及镀膜材料的色散引起的短波区和长波区的监控差异，通过分析折射率所引起的光学厚度变化，调整修正因子，最终制备出了光谱性能好，吸收小，化学性能稳定的滤光膜，满足蓝光激光器的使用要求。

与传统玻璃微珠埋入型膜结构相比，立方角锥型膜结构具有更高的逆反射效率，它是设计制作钻石级反光膜的基础。然而立方角锥型反光膜的有效入射角范围较小，逆反射系数具有各向异性，这些问题会影响反光膜的使用效果。对于上述问题，探索了新的解决方法。基于光线追踪原理，应用基本的光学规律，建立仿真模型分析立方角锥反光膜的逆反射性能。针对薄片组合技术中的宽厚比和顶点偏移两个参数分别展开讨论。发现上述两个参数的改变对立方角锥型反光膜的逆反射性能都有较大影响，可以通过对立方角锥单元的宽厚比和顶点偏移两个参数进行合理设置，以达到增大反光膜有效入射角范围并且改善逆反射系数的各向异性的效果。上述结论对立方角锥反光膜的优化设计具有一定指导意义。

通过微孔衍射产生高质量的球面波是进行夏克-哈特曼波前传感器(SHWS)高精度标定的关键。采用时域有限差分(FDTD)法，进行了193 nm 准分子激光照明下有限厚度有限电导率微孔的衍射仿真计算，分析了照明物镜数值孔径(NA)对微孔衍射波前质量的影响，确定了满足SHWS高精度标定所需微孔直径和照明物镜NA 的大小。分析计算得出，采用直径为200 nm 的微孔及NA 为0.6~0.75的照明物镜时，衍射波前均方根(RMS)偏差为3.50×10-3 λ ，强度均匀性为0.10，微孔透射率约为0.15，满足SHWS进行纳米精度波像差检测对参考球面波质量的要求。

基于数字散斑相关计算和转动轴表面匹配方法，提出一种利用双相机直接测量转轴动态扭矩的新方法。分别在轴两端使用两个工业相机采集无扭矩时的轴面图像序列，作为参考图像。同步采集扭矩作用下转轴轴面应变图像，对应变图像进行匹配方法，搜索其对应的参考图像，分别对两路应变图像和参考图像进行整像素相关计算、梯度法的亚像素位移计算，得到轴两端扭转角位移，最终计算出轴扭矩。为验证所提方法测量精度，运用Ansys有限元分析软件对轴上扭转位移进行计算，并与所提方法比较，两者结果误差为1.39%，具有较高一致性；进行了不同转速、扭矩下的台架实验，并与标准传感器测量结果比较，两者误差在1.4%~5.3%之间。实验结果表明，数字工业摄像的扭矩测量系统有较高精度，系统结构简单，克服了传统方法安装复杂、信号易受干扰等缺点，适用于转轴动态扭矩测量。

针对基于二维平面靶标的双目标定问题，为提高标定稳定性及标定精度，从单应性矩阵的角度分析了标定姿态的选择对标定结果的影响，提出对标定姿态进行规避的三个性质。三个性质分别指出，避免出现只平移靶标及在靶标平面内旋转靶标的姿态，尽量避免靶标平面与图像成像面平行的姿态。在此基础上，提出了一种五姿态集标定方法。实验结果表明，三个性质应用价值高，有利于保证标定精度；当每个姿态集下拍摄不少于三对图像时，五姿态集标定法能达到较高的标定稳定性与标定精度。

目前二维干涉图所采用的相位提取算法大多以傅里叶变换法为主，而傅里叶变换法对噪声比较敏感。虚光栅移相莫尔条纹法具有较高的提取精度，而且抗噪性较好。在一维干涉图的基础上，提出了一种适用于二维干涉图相位提取的二维虚光栅移相莫尔条纹法，该方法通过构造一定相移量的二维虚光栅实现相位提取。与傅里叶变换法对比研究的仿真结果表明：对于同一幅二维干涉图，在干涉图不含噪声的情况下，傅里叶变换法与该方法的相对重构误差分别是5.52%和3.46%；在干涉图含噪声的情况下，随着噪声的增加，该方法在抗噪性方面的优势越来越明显。对二维横向剪切干涉仪零位校准装置所采集到的二维干涉图进行处理，实验结果表明，傅里叶变换法和该方法所得到的测量结果均方根值分别为0.0053 λ 和0.0037 λ(λ = 632.8 nm) 。

针对用户星数据中继接入请求超额定购问题，分析了用户星业务种类，研究了中继卫星接入控制所受多类约束的特点，建立了约束满足模型；以接入业务总优先级权值最高为原则，根据业务的类型、时间有效性和业务优先级设置链路接入灵活度和业务冲突集，以业务的接入顺序和选择接入的中继星链路为优化对象，提出了一种基于业务类型和自适应小窗口蚁群算法双层优化的中继卫星混合链路接入控制算法。仿真实验表明，所建模型可实现多类型业务与多种类天线的接入控制，提出的双层优化算法较单层寻优效果更佳，且具有较快的收敛速度和较强的全局优化能力，因而所提算法可有效解决多约束条件下多业务类型、多种类天线和多中继星的接入控制问题。

在高能激光能量计吸收体上很长时间内均存在较大的温度梯度，这导致吸收体真实温度的测量非常困难，材料的比热、传感器的响应度和吸收体的热损失对测量准确度的影响较显著，模拟了吸收体上温度场特性，提出了一种利用多个分立的热电偶传感器测量吸收体的温升的方法，通过对热电偶的间距以及在吸收体中的深度加以控制，可以准确地反映吸收体上每一小部分的平均温度，从而达到对比热和传感器响应度修正的目的；采取措施大幅降低热损失比例，并结合实际温度场分布和系统热平衡时间对热损失可以获得热损失占比；利用光线追迹方法可以大幅简化吸收体吸收率研究，以实际光束和吸收腔参数为模拟对象计算了吸收腔的吸收率，并对测量结果进行修正。在分析了系统各个环节的测量不确定度的基础上估算出设计的激光能量计的测量不确定度约为5.8％(k=2)，采用现场比对方法验证该测量不确定度的合理性。

提出了一种基于小波变换的低照度图像快速、自适应增强算法。将RGB 图像转到HSV 空间，并对亮度V 图像利用离散小波变换(DWT)将图像的高、低频子带分离。在小波变换的低频子带上利用双边滤波对图像的照射光分量进行快速估计与去除，而在高频子带上利用模糊变换实现边缘、纹理信息的增强与去噪处理。对处理后的V图像，基于提出的直方图目标函数，利用鲍威尔与模拟退火相结合的优化算法，实现了对比度的快速、自适应增强处理。将增强后的V 图像与H、S 颜色分量合成为清晰化的彩色图像。实验结果表明，该算法能快速、有效实现低照度图像的清晰化处理。

大气水汽含量随海拔升高急剧减小，为准确获得水汽浓度随高度的分布，设计多波长发射水汽探测星载距离分辨差分吸收激光雷达(DIAL)。选取波长相差较小，水汽吸收截面不同的4 个发射波长：其中3 个吸收截面较大的波长作为信号光束，第4 个吸收截面较小的波长作为参考光束，分3 组对不同海拔高度处的水汽浓度进行分段探测。对4个发射波长的回波信号进行了仿真模拟，为验证其水汽探测能力，在白天和夜晚对3组波长水汽浓度探测的相对误差进行分析讨论。结果表明，在相对误差小于20%的情况下，该多发射波长星载距离分辨差分吸收激光雷达系统可以实现白天对流层(小于12 km)、夜晚平流层底以下(小于15 km)水汽浓度的探测。理论上初步证实了该多波长星载距离分辨差分吸收激光雷达能全天时精确地探测对流层水汽浓度分布。

在传统太阳跟踪器的基础上结合图像处理技术，搭建一套双模式太阳跟踪器，并围绕太阳质心提取算法展开研究。针对太阳跟踪器在太阳被云雾遮挡时无法准确跟踪的问题，提出了一种基于快速中值滤波的去雾算法，根据暗通道先验计算出透射率图，使用快速中值滤波代替软抠图方法对透射率图进行平滑，还原出无雾图像。为避免人工阈值带来的分割误差，在去雾增强的图像上使用快速最大稳定极值区域(MSER)特征区域检测方法检测出太阳区域，并提取出太阳质心。实验证明该算法在雾霾天气下仍然能够还原出清晰的太阳图像，准确提取出太阳质心，并且算法复杂度较低，满足太阳跟踪器实时处理的需求。

为了探索氟化氘(DF)激光器级联效应及工作气体参数对激光光谱的影响，对自引发放电非链式脉冲DF 激光器进行了光谱特性测试。采用DF激光谱线分析仪和HgCdTe光电探测器测试了P3(7) →P2(8) →P1(9)光谱脉冲波形，发现P1(9)支谱线率先实现振荡输出，脉冲前沿延迟80~100 ns后P2(8)、P3(7) 两条谱线依次输出。在不同工作气体配比及总气压条件下测试了DF 激光输出谱线条数及各谱线间相对能量，在3.5~4.2 μm 光谱范围内测得了22 条激光跃迁谱线，且总气压为8.1 kPa，工作气体(SF6和D2)气压配比为6:1时，具有量子级联效应的P3(8) →P2(9) →P1(10)光谱串能量占总输出能量的25.9%。结果表明，多谱线DF 激光器能级间存在量子级联效应，通过优化工作气体参数可有效提升级联谱线输出时增益提取效率。

以银纳米颗粒(AgNPs)作为表面增强荧光基底，形成的OTC-Eu-AgNPs-Egg white 体系具有强荧光特性，可实现鸡蛋蛋清中土霉素残留含量的检测分析。分析了OTC-Eu-AgNPs-Egg white 体系的三维荧光光谱，确定了最佳激发波长为380 nm。分析了AgNPs加入量、Eu3+加入量、反应时间和金属共存离子对荧光强度的影响，确定了实验中的AgNPs加入量和Eu3+加入量分别为0.25 mL和0.01 mL。应用最小二乘支持向量回归（LSSVR）在光谱区间605~630 nm 建立了鸡蛋蛋清中土霉素残留含量检测的预测模型，模型预测集的决定系数(R2)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.9909和0.9079 mg/L，说明铕(III)的AgNPs增强荧光结合LSSVR 可用于鸡蛋蛋清中土霉素残留含量的检测。

CO作为大气中重要的污染物和煤矿、油田等环境的危险气体，CO浓度的实时监测对生产生活安全具有重要意义。筛选出CO位于2334 nm附近的R(6)吸收谱线，搭建了基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的长光程开放光路大气CO 监测系统。采用直接吸收技术，吸收光程为700 m，借助离轴抛物面镜实现了收发同光路；低功耗、小型化的测量控制系统，在单块电路板上实现了激光器驱动、光谱信号处理等功能，单板体积为120 mm×100 mm×25 mm，功耗小于5 W。上位机对光谱数据进行多峰拟合处理，分离出CO和CH4的吸收光谱，反演CO浓度。通过分析光谱数据标准差可知，在1 s响应时间下的检测限为0.06×10-6。对大气中的CO浓度进行了连续监测，测量结果和CO点式分析仪结果一致性良好，验证了该系统仪器化的可行性。

为满足空间远紫外探测系统的超大视场、较大相对孔径、轻小型化、高消杂光比等要求，提出利用反远距系统光焦度分配理论计算全球面反射系统的初始结构，给出了一种焦距f′=12 mm，F 数为3，全视场70°×10°的全球面离轴四反望远光学系统的设计方案。设计了系统内部的消杂光结构，对系统进行杂光分析，确定系统杂光主要来源，并对相关结构优化，给出了优化前后杂光定量对比结果。各视场光学传递函数在截止频率处大于0.7，杂光规避角10°时点源透射比(PST)达到4.2×10-7，远小于5×10-5的指标要求。与其他系统相比，该系统主要优点是可获得超大视场，结构紧凑，各反射镜均为球面且无倾斜，有效降低了制造的周期与成本，杂光规避角小且抑制比高。

理论设计了带有扇环共振微腔的弯曲金属-介质-金属(MIM)波导结构，利用共振微腔结构控制表面等离子体波在扇环直角顶点处的定向传播。通过有限时域差分(FDTD)法计算带有扇环微腔结构的直波导透射率与波长关系，并计算扇环微腔结构与传播波导间的间隔对光学性质的影响，发现此微腔波导结构具有较高的透射率，可以在特定波长位置实现滤波效果。基于上述理论设计三路、四路弯曲波导结构，实现表面等离子体波在弯曲波导处的分束、全反射等定向传输特性。该结构具有极强的光束缚效应，在纳米尺度对光进行传输，解决了光信号的反射、传输问题，在光集成、光通讯、光信息处理等方面有较好的应用前景。

超短脉冲激光因其独特的传播性质，在光电对抗领域具有重要的应用潜力。针对传统光限幅器件在超短脉冲激光限幅防护领域中存在的若干问题，提出一种基于超快光克尔效应的超短脉冲光限幅器。该限幅技术利用超短脉冲在非线性介质中诱导非线性偏振椭圆旋转(NER)效应，可实现超低阈值的光限幅输出，同时将非线性偏振椭圆旋转和自聚焦效应相结合，可保证器件在较大动态能量范围内具备限幅功能，该器件具备响应速度快、适用光谱范围宽的优点。系统阐述了NER 效应的基本原理，并利用飞秒脉冲激光验证了基于NER 和自聚焦效应的光限幅器的限幅性能。

2014年12月，中国电子科技集团公司第十一研究所的中长波红外固体激光技术研究团队，采用2 μm 波长脉冲固体激光器抽运磷锗锌晶体(ZnGeP2)非线性频率变换的技术路线，在2 μm 波长激光抽运激光功率为95 W 时，实现了最高平均功率10.8 W，中心波长8.08 μm，脉冲重复频率5 kHz，脉冲宽度30 ns的长波红外固体激光输出，这是目前为止，本课题组所知国际上公开报道的长波红外固体激光功率输出的最高记录。

分布式侧面抽运光纤是指一种抽运光由抽运纤通过倏逝场逐渐耦合到信号纤的特殊增益光纤(图1)，其抽运通道和信号通道相对独立，在抽运光耦合和光纤器件保护方面具有独特的优势，并且使抽运光吸收和热沉积更加均匀，在功率提升方面具有非常大的潜力，是大功率光纤激光器领域的一个重要研究分支。2011 年，德国Jena 的Zimer 等利用这种光纤搭建了千瓦侧面抽运光纤激光器。2014 年英国的SPI 公司推出了RedPOWER 系列的千瓦侧面抽运光纤激光器产品。然而，国内对该类型光纤的研究较为薄弱，相关激光器研究目前尚未见报道。最近，**科学技术大学和中电集团第二十三研究所联合自主研发出了分布式侧面耦合包层抽运光纤，并搭建了全国产化光纤激光器，实现了千瓦输出。其结构示意图如图1 所示，左侧为抽运纤1，右侧为信号纤，2为掺镱纤芯，3为信号纤内包层，4为外包层。