设计了一种用非线性光子晶体光纤直接输出超连续贝塞尔光束的方案。先用光纤熔接机在高非线性光子晶体光纤的输出端塌陷1 mm 左右，然后将飞秒激光直接耦合到该非线性光子晶体光纤中，所产生的超连续光谱通过塌陷区域的模式耦合和相干叠加，直接输出了宽谱贝塞尔光束。该方案可以实现全光纤运转，不需要引入其他分立器件。从光纤中直接输出的超连续贝塞尔光束在米量级具有高度准直和无衍射特性。进一步实验验证了该光束在整个超连续光谱范围内具有贝塞尔光束的无衍射性和自恢复性。

直接相位调制可产生带宽可调的线性啁啾脉冲，可作为种子源用于啁啾脉冲放大系统中。对线性啁啾脉冲的产生过程以及啁啾脉冲在光纤中的传输放大过程进行了数值模拟与实验研究，实验获得了底宽为500 ps，带宽为0.69 nm 的线性啁啾脉冲。在此基础上提出一种全新的产生冲击点火种子脉冲的方式，即对光脉冲的局部进行调制与压缩以获得高对比度的种子脉冲，并对其进行了实验验证。实验中将一方波脉冲经调制压缩为对比度为2∶1 的阶梯脉冲，验证了该方法产生冲击点火种子脉冲的可行性。该方案为未来多种脉冲类型输出的惯性约束聚变(ICF)驱动器光纤前端系统的研制打下了研究基础。

光栅-外腔光谱合束是基于光栅的波长选择特性和外腔的反馈，使得半导体激光阵列(DLA)中的每个发光单元锁定在不同的波长，并保持每个发光单元输出光束在近场和远场重合，实现光谱合束后输出光束质量与单个发光单元的光束质量保持一致，极大地改善了输出光束的光束质量。实验采用发光单元宽度为100 μm 、周期为500 μm ，由19 个发光单元组成的常规CM-Bar 条进行光栅-外腔光谱合束技术实验，在连续运行最大注入电流为70 A，获得了44.9 W 的连续激光输出，快慢轴的光束质量分别为1.52 mm·mrad和5 mm·mrad，合束后的电光转换效率为36%，输出光斑亮度约为36.92 MW/cm2-str，光谱展宽为3.24 nm，合成输出激光可以被耦合进入50 μm 芯径、数值孔径(NA) 0.22的光纤中，作为高亮度激光抽运源或直接半导体激光光源使用。

阐述了一种获得高功率3~5 μm 中红外激光输出的实验方案，即先通过高功率1.94 μm 光源抽运Ho:YLF 晶体，获得高重复频率2.05 μm 激光输出，通过端抽运放大方式，提升2.05 μm 激光功率水平，最终2.05 μm 激光抽运光参量振荡器(OPO)实现高功率中波激光输出。在水冷工作体制下获得了重复频率5 kHz、最大功率26.9 W 的中波输出，脉冲宽度为24.4 ns，2.05 μm 到3~5 μm 的光光转换效率达50%，通过角度调谐获得不同波长的中红外激光输出，验证了该实验方案作为一种获得高功率、高效率、高重复频率中红外激光输出工作方式的可行性。

光学微球谐振腔由于其具有超高的Q 值及极小的模式体积等优点，在高灵敏度传感和光通信等方面得到了广泛的研究。测试了未封装和封装后微球腔谐振波长随温度的变化，实验结果表明随温度增大，谐振波长线性红移，且线性度高。二者温度系数不同，未封装时为25.6 pm/℃，封装后为4.4 pm/℃，主要原因为紫外胶的负热光系数所致。理论分析了紫外胶的热光效应，通过控制紫外胶厚度可以改变光在紫外胶中的比例，从而调节温度系数。当光在紫外胶中比例为0.1135 时，温度系数变为0，可以抑制温度漂移，实现了温度补偿；该比例继续增大，温度灵敏度提高。低温漂、高灵敏度、微型化拓宽了回音壁模式(WGM)传感器的应用潜力。

报道了一种新型纳秒脉冲532 nm 绿光激光器，其基频光为耗散孤子共振(DSR)方波纳秒脉冲、由掺镱光纤激光器得到，该激光器采用了全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构设计。利用非线性偏振旋转(NPR)锁模技术，掺镱光纤激光种子源产生了稳定的DSR 方波纳秒脉冲激光输出，输出激光的脉冲宽度随抽运功率的改变在3~40 ns 之间可调。利用该DSR 方波纳秒脉冲激光作为种子源，经过一级非保偏结构掺镱光纤纤芯放大和两级全保偏结构掺镱光纤包层放大之后，得到了平均功率为6.95 W，峰值功率为4.4 kW 的脉冲激光输出。利用长度为20 mm 的非线性晶体LBO 作为频率转换器，得到了平均功率为2.1 W 的绿光激光输出，相应的光光转换效率为30.2%。

为了研究激光冲击强化(LSP)对镁合金力学性能的影响，采用电子万能高温拉伸机和钕玻璃脉冲激光(波长1064 nm ，脉冲宽度20 ns)研究AZ31镁合金薄板室温和300 ℃时拉伸应力-应变曲线和力学性能。结果表明，LSP 提高了AZ31 镁合金室温和高温抗拉强度，而冲击试样的最大热流变应力明显高于未冲击的试样，双面单次LSP 导致室温力学性能降低，在激光冲击试样断口发现了沿次表层扩展的层裂现象。讨论和分析了残余压应力、细微结构、表面形貌和粗糙度对激光冲击镁合金力学性能的影响。

为了解决激光连接碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)/钢异质接头中的缩孔问题，采用光纤激光对GMW2钢板进行高速毛化试验，系统研究了激光功率、扫描速度、扫描长度和扫描次数对微凸起宽度和高度的影响，并利用高速摄像实时观察了毛化过程。结果表明，微凸起宽度与熔池宽度相当，增加激光功率或减小扫描速度将导致熔池宽度增加，微凸起宽度也将增加；而扫描长度和扫描次数不影响熔池的宽度，因此微凸起宽度也不发生变化。微凸起高度由蒸气压力、表面张力和液体动压力决定，激光功率增加将导致蒸气压力的增加和表面张力的减小，液态金属向熔池尾部流动的驱动力增大，适当地增加激光功率有利于微凸起的长高，但激光功率过高将产生大量飞溅，导致微凸起高度不稳定；随着扫描速度的增加，蒸气压力、表面张力和液体动压力都将发生变化，熔池液体流动的驱动力和阻力存在竞争关系，导致微凸起高度呈先增加后减小的趋势；扫描长度增加，蒸气压力水平分量增大，驱动力增加，微凸起高度逐渐增大。

针对大型离心式管线压缩机叶片激光熔覆修复层难加工问题，进行激光熔覆减振合金配方与修复层铣削加工一体化工艺理论研究。使用添加不同质量分数铜元素的FeCr合金粉料在KMN 钢基体上制备激光熔覆修复层；通过扫描电镜、X 射线衍射仪及能谱分析仪对修复层微观组织及物相组成进行观察分析；对修复层显微硬度进行测试；对修复层室温干摩擦情况下的耐磨性进行测试；采集修复层侧铣过程中的振动信号，分析铜元素质量分数对修复层铣削振动及表面粗糙度的影响。结果表明，铜元素的加入起到细化晶粒的作用，含铜修复层的硬度、耐磨性均优于不含铜元素的修复层；含铜修复层铣削振动有显著降低，有效避免了颤振出现。

为了探讨激光选区熔化成型典型几何特征的尺寸精度，并为激光选区熔化直接成型金属零件提供设计参考依据，设计了薄板、尖角、圆柱体、圆孔、方孔等典型几何特征的三维模型，采用华南理工大学研发的激光选区熔化设备(DiMetal-100)在优化的工艺参数下选用316L 不锈钢粉末对这些典型几何特征进行激光选区熔化成型。实验结果表明，激光光斑约束、台阶效应、粉末粘附、激光深穿透等因素是影响零件尺寸精度和激光选区熔化成型能力的主要原因。基于对激光选区熔化成型典型几何特征的尺寸精度及成型能力研究，提出了一些适用于激光选区熔化的零件设计规则，为产品的创新设计提供了参考依据。

采用Nd:YAG 激光对0.5 mm 厚的1060纯铝板进行圆弧和直线精密切割时，为消除圆弧和直线切口壁面的粗糙度差异问题，通过显微镜观察圆弧切缝壁面微观形貌，在此基础上建立圆弧简化的数学模型，导出了内、外圆弧壁面粗糙度公式。在相同切割参数下，重点分析切割半径对内、外圆弧和直线壁面粗糙度差异影响规律，结果表明，随切割半径增大，外圆弧壁面粗糙度增大，内圆弧壁面粗糙度减小；当切割半径R≤7 mm 时，内、外圆弧粗糙度差异明显；切割半径R>7 mm 时，两者粗糙度差异忽略不计。最后，先后利用响应曲面法(RSM)中最小值优化和目标值优化，获得圆弧和直线对应的工艺参数，实际切割测量后粗糙度近似一致，直线和圆弧粗糙度差异消除，此方法证明可行有效。

在无填充、不开坡口条件下，以5 kW 光纤激光作为热源，研究激光扫描速度对YG20硬质合金与45#钢的焊缝组织与元素扩散的影响规律。分析了YG20/45#钢焊缝成形、组织及元素扩散。讨论了激光扫描速度对于热胀系数差异较大的异质材料焊接的焊缝成形的影响规律。研究结果表明，当被焊材料厚度为2 mm 时，采用激光功率P=1.93 kW、激光扫描速度v=2.40 m/min，离焦量-8 mm 时，可以获得冶金结合良好的YG20/45#钢焊接接头；随着焊接热输入的增加，硬质合金/焊缝侧界面的碳化钨晶粒粗化，裂纹倾向增加。主要分布在焊缝和硬质合金侧热影响区，降低焊接接头的性能。线扫描分析结果表明，硬质合金中的W、Co 与钢中Fe 发生了互相扩散，使整个接头达到了很好的冶金结合。

为研究激光表面微凹坑对AZ31B 镁合金耐腐蚀性能的影响，利用光纤激光器在材料表面制备微凹坑阵列。通过扫描显微镜观测微凹坑的形貌、直径和深度，利用双单元电化学工作站测试微凹坑制备前后材料表面的动电位极化曲线。结果表明: 微凹坑的直径和深度均随激光功率的增大而增大，微凹坑周围出现烧蚀现象；微凹坑直径与扫描次数无显著相关性，但微凹坑圆度与扫描次数呈正相关性。在相同微凹坑密度下，与未处理试样相比，激光功率为6、10、16 W 时试样的自腐蚀电位分别向正移-33、40、26 mV，自腐蚀电流分别减少了91.93%、92.09%、91.19%。激光功率为10 W 时具有最好的抗腐蚀性能；在相同激光功率下，与未处理试样相比，微凹坑密度为1.5%、2.5%、5.0%时试样的自腐蚀电位分别向正移21、40、56 mV，自腐蚀电流分别减少了92.22%、92.09%、94.05%。在实验密度范围内，微凹坑密度越高，AZ31B镁合金表面的抗腐蚀性能越好。

采用激光熔化沉积技术制备了4045 铝合金薄壁试样，研究了沉积试样热处理前后的显微组织演化，并测试其显微硬度。结果表明，沉积试样显微组织具有定向快速凝固特征，由Al枝晶和Al-Si共晶组成，其一次枝晶间距约22.3 μm，二次枝晶间距约7.5 μm，体积分数约42.7%，沉积试样顶部出现柱状树枝晶向等轴树枝晶转变。当前沉积层从底部到顶部冷却速度的降低导致Si相从珊瑚形貌向片状形貌转变，足够高的重熔率能保证后续沉积层重熔掉当前沉积层顶部片状Si相，以获得变质效果良好的珊瑚形貌Si相，热影响作用使紧邻熔合线过热区的珊瑚形貌Si相发生粗大等轴粒状化，导致其显微硬度低于层内区。珊瑚形貌Si相在540 ℃等温热处理保温20 min 即可完成粒状化，并且随着保温时间延长，Si相发生粗化长大，显微硬度下降。

为实现石英玻璃表面凹槽的飞秒激光精密减薄加工，采用线扫描-面减薄的工艺手段，研究脉冲能量对烧蚀线槽形貌的影响，并以此为基础开展不同烧蚀线重叠率δ 的单层凹槽减薄实验，通过激光共聚焦显微镜对凹槽的槽深、侧壁角和底面粗糙度等形貌特征进行观测和分析。研究表明，当40%≤ δ ≤80%时，随着δ 的增大，凹槽深度增大、侧壁角减小；当δ =40%时，凹槽的槽深、槽宽、侧壁角分别为14.56 μm、261.8 μm 和59.1°。凹槽底面粗糙度Ra和Rz 随δ 的增大而减小，当δ 为80%时分别达到最小值0.19 μm 和1.23 μm；平行于扫描速度方向的轮廓算数平均偏差Ra′和微观不平度十点高度Rz′随δ 的增大呈现先减小后增大的趋势，当δ 为80%时，Ra′≈Ra、Rz′≈Rz；轮廓三维均方根偏差Sq随δ 的增大逐渐减小，最小值为0.16 μm。

现有激光熔覆技术大多是基于水平基面上开展的，这种方式极大地限制了激光熔覆技术的广泛应用。基于“光束中空、光内送粉”技术，通过对激光加工机器人系统的程序控制实现了基板0°~150°的倾斜和熔覆头相应姿态的连续变化，研究了基板不同倾斜角度下对熔覆层截面尺寸及组织的影响规律，并对变基面过程中的熔池进行了受力分析。实验结果表明：随基板倾斜角度逐渐增大，粉末聚焦特性变差，进入熔池的粉末量逐渐减少，造成熔覆层高度逐渐降低。熔覆层宽度稳定在光斑左右，变化不明显；偏移量(熔覆层最高点轴线位置偏离激光束轴线位置间的距离)先增大后降低。熔覆层顶部显微组织树枝晶大小先变粗后变细，典型柱状晶生长方向随基板角度变化也发生相应的倾斜。该工艺为在非水平基面上进行激光熔覆、修复及成形提供了参考价值。

在金属激光熔覆自由三维成形中，不断生长的成形面与成形喷头之间的距离应保持恒定值，以保证生长表面上处于聚焦激光焦点附近熔池的离焦量基本不变。以光学三角法为原理，提出了一种基于嵌入式机器视觉的激光自由成形熔池离焦量在线测控系统，推导出了镜头焦距设计公式，给出了系统硬件方案以及软件方案，同时为高效稳定处理熔池图像，提出了一种基于面积的熔池灰度阈值估计算法。经测试，此测量系统能实时准确地测得熔池离焦量，将该系统运用至实际薄壁圆环成形中，实时调节光头提升速度以保持离焦量恒定，使得薄壁圆环成形精度得到明显提高。

面向光印刷互连背板的应用需求，提出基于准分子激光消融原理对光波导的刻蚀技术进行研究，在背板上任意位置获得光波导端面实现光耦合。采用193 nm 波长的准分子激光作为光源，通过方形掩模孔径投影在互连背板光波导上，研究了激光能量、激光脉冲次数与刻蚀深度、端面粗糙度等参量之间关系，通过刻蚀参数的优化，刻蚀后端面光耦合损耗增加量约1.3 dB。

光还原特别是激光还原金属离子制备纳米结构作为一种化学成分纯净和工艺可控性高的微纳制造手段，已经得到了广泛的研究与应用。目前，该方法加工出的金属结构已应用于光谱检测、生物荧光成像、三维微纳结构制造等领域。针对当前基于双(多)光子吸收效应直写技术无法解决的加工效率低等问题，采用紫外纳秒激光双光束干涉法，提出了一步原位光还原银离子的制造方法。结合紫外和可见光辐照还原银离子，成功制备出大面积具有不同表面形貌的纳米级周期的光栅结构。详细讨论了激光还原时间、银离子浓度、不同波长光辐照等条件对光还原的影响，对双束光干涉以及光还原机制进行了分析。另一方面，银离子还原后形成的结构是由大量的尺寸为几十纳米的颗粒构成，排列紧密，因而具有显著的表面增强拉曼效应。对萘普生分子进行检测后，证实了该纳米结构具有较优的表面增强效果。

采用机械振动辅助激光熔覆工艺在45钢表面制备了Fe55合金涂层，通过光学图像分析仪观察了熔覆层的几何形貌，结合AutoCAD 软件标注了涂层高度、宽度和熔覆角等几何特征参数，探讨了激光比能、振幅、频率等工艺参数对涂层熔覆角的影响，借助响应面分析法提供的二阶多项式构建了能明确表征熔覆角与激光比能、振幅、频率之间隐式关系的函数模型。结果表明，机械振动作用下激光熔覆层的熔覆角大于无机械振动的涂层。在相同激光比能和振幅条件下，频率200 Hz 比频率100 Hz 的熔覆角大，且在振幅为0.10 mm 时熔覆角最小。采用最小二乘法优化后的函数模型所计算的熔覆角优于现有几何模型计算值，更接近实际测量结果。

漫射光谱技术对生物组织进行快速和无创测量具有非常重要的意义，但精确解析解的缺乏限制了该技术的有效应用。基于Monte Carlo模拟数据研究了一个适用于小孔径测量漫反射的半经验解析模型，建立了反射率随孔径和生物组织折射率变化的函数关系，并利用该模型反演了生物介质光学参量，对其适用范围进行了分析。与基于扩散近似模型的繁琐解析表达式相比，该模型不仅数学形式简单，而且能够用于光源附近辐射场的测量。

提出了基于灰度图像直方图均衡与梯度法相结合的技术，应用于相干光时域反射计(COTDR)光纤传感信号处理，以COTDR 同一光脉冲所探测得到的信号为行向量，以一组光脉冲探测得到的同一空间位置的信号为列向量，构建了相干传感信号的二维灰度图像，通过计算灰度图像的梯度，并结合图像直方图均衡处理，降低了由环境干扰所引入的噪声信号，提高了系统对振动信号的分辨力。采用该技术，基于传感光纤长度为2.5 km 的COTDR 系统，有效地识别了压电陶瓷所施加的振动信号。

研究了任意形状应力区的光纤在纤芯中心处的应力场分布和双折射大小计算方法，并对领结光纤进行了优化设计。采用COMSOL Multiphysics 软件中的固体力学模块，研究了相同应力区面积、不同形状的应力型光纤在纤芯中心处的应力场大小。结果表明，软件仿真值与运用微元应力积分公式计算得到的结果一致。因此对于任意形状应力区光纤在纤芯中心处的应力场分布与双折射可以直接运用解析公式求解。通过对相同应力区面积的不同类型光纤的应力微元分析，发现领结光纤在纤芯处的双折射并非最大，这与惯常认为的领结光纤双折射最大的结论相反。由此，对领结光纤重新进行了优化设计，得到了具有更大双折射的“月牙形”光纤。

加热温度是光纤熔融拉锥制造中的关键因素，直接影响器件的性能。为了提高加热区域温度的稳定性和可控性，设计了高压电弧加热装置，并对电弧加热、弧区温度和光纤预热进行了分析。设计了高频高压电源和电极。电源的电流和频率独立可调，采用电压闭环和电流控制确保引弧成功和提高电弧放电电流的稳定性，并分析了其放电过程。建立了弧区温度测量实验平台，采用红外热像仪测量加热中陶瓷棒的温度，得到了弧区温度。通过实验确定了频率、电弧控制电压以及加热距离与弧区温度的关系。通过电弧控制电压和通过加热距离控制电弧加热区的温度。通过计算得到电弧弧区的中心温度可达到1635 ℃，实验测得稳定性为2.37 ℃。建立了细径光纤(直径80 μm)的加热模型，通过有限元的瞬态分析确定了预热时间，经过25 s，光纤加热区达到稳定。

光纤矢量水听器(FOVH)以其低频灵敏度高，动态范围大，抗电磁干扰，易轻型化等诸多优势，成为新型矢量水听器的一个发展热点。针对线阵列应用，开展了光纤干涉碟型矢量水听器的仿真分析和研制工作。有限元分析采用光纤等效层方法（FLEM）和光纤细化结构方法(FLDM)分别对系统的性能进行预报，研制出了光纤碟型矢量水听器样品，并进行了全面的测试。实验结果表明，所研制的矢量水听器样品在100~1000 Hz的工作频带内，矢量通道的等效声压相移灵敏度为-182 dB@100 Hz~-158.5 dB@1000 Hz (ref.1 rad/μPa )，串扰小于-30 dB，有良好的矢量性。

研究了与光纤线圈平面平行的径向磁场作用下光纤陀螺的磁敏感性，分析了径向磁敏感性的主要机理是光纤扭转。基于此提出了利用补偿光纤环来抑制陀螺的径向磁敏感性的方法，通过控制补偿光纤的扭转分布特性，产生一个可控的补偿相位来抵消原有光纤环的径向磁敏感性误差。建立了补偿相位、径向磁敏感度与光纤扭转分布特性关系的数学模型，并对该模型进行了数据模拟和实验验证。通过定义补偿效能评估了径向磁敏感性的抑制效果，实验结果可以看出，径向磁敏感性补偿效能达到了63.76%，综合磁敏感性补偿效能达到了42.83%，表明该方法可以在一定程度上可以抑制光纤陀螺的径向磁敏感性。

提出了基于溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备掺铈石英闪烁光纤，将其作为辐射传感头，搭建了对伽马辐射敏感的光纤传感系统。通过改变溶胶-凝胶中铈元素掺杂浓度，分别拉制出Ce与Si的摩尔分数分别为0.14%和0.22%的闪烁石英光纤。利用137Cs 伽马辐射源，研究了闪烁光纤涂覆层、铈元素掺杂浓度及闪烁光纤长度等参量对辐射传感特性的影响。

通过Rsoft软件对锥形光纤倏逝场能量分布特性进行仿真，从理论上分析锥形光纤激发微谐振腔非互易性产生的原因。实验中，光纤熔融二氧化硅微球腔通过高精度三维调节架沿光纤方向移动，每次移动相同距离选取测试点，记录光源正反传输情况下微球腔谐振谱线，得到谐振谱线特征参量随倏逝场变化的非互易性变化规律。通过计算微球腔理论鉴频曲线获得非互易性对陀螺动态范围与灵敏度的影响，并提出抑制方法。

为解决激光熔覆工艺制备Ni/Ni3Al基双性能材料过程中产生的裂纹问题并使之保持良好的力学性能，采用优化工艺参数获得了冶金质量良好的双性能样品。研究发现，对制备过程中裂纹产生的原因与机理进行分析，通过改变激光参数能够有效降低涂层的开裂倾向。采用扫描电子显微镜(SEM)和X 射线衍射(XRD)等检测手段对单层和多层涂层进行微观组织形貌、成分分析，物相表征，结果发现单层熔覆样品由于Ni基合金的稀释作用在涂层中形成了少量Al8Cr5和Al4CrNi15相，而进行多层熔覆后，涂层样品物相为单一的Ni3Al相，单一的物相组成可保持Ni3Al基材料优异的性能，更能充分体现双性能材料的特点。对激光熔覆制备双性能原始样品和经过870 ℃ 时效处理之后的试样分别进行硬度测试，结果表明，制备得到的双性能样品在较高温度下依然能够保持较高的硬度值。

ZM5镁合金激光熔覆涂层的晶界易析出条带状β -Mg17Al12相，导致涂层的拉伸性能下降。通过添加稀土Gd元素，在ZM5 铸造镁合金表面激光熔覆Mg-Al-Gd 涂层，研究Gd 元素对ZM5 镁合金激光熔覆涂层组织和性能的影响。结果表明，添加质量分数为5.0%的Gd元素的熔覆涂层中生成了Al2Gd颗粒相，晶界处Mg17Al12共晶相细化成球形颗粒和短棒状，且析出量显著减少；含Gd镁合金熔覆涂层高温抗拉强度、屈服强度以及屈强比均有较大提高；高温拉伸断口形貌分析发现，ZM5 镁合金激光熔覆涂层拉伸断口出现局部的晶界熔化特征，而添加Gd 元素的镁合金激光熔覆涂层断口未观察到晶界熔化，这表明Gd元素能抑制枝晶间低熔点Mg17Al12共晶相析出而强化晶界，从而可提高熔覆涂层的高温拉伸性能。

针对蓝宝石有序纳米结构的制备，使用微波回旋共振离子源，研究了低能Ar+离子束在不同参数下刻蚀蓝宝石(C 向)表面形成的自组织纳米结构及其光学性能。结果表明，当离子束入射能量为1200 eV、束流密度为265 μA/cm2 时，随着入射角度的增大(5°~40°)，样品表面出现点状自组织纳米结构，该结构的有序性较差；当增加角度到45°时，样品表面出现了有序的条纹结构，在45°~70°时，增大离子束入射角度，样品表面沿离子束入射方向出现柱状结构，而在垂直于离子束入射方向，样品表面呈现出有序的条纹结构；随着离子束入射角度的增加，样品表面的纳米条纹结构的特征波长先减小(45°~60°)后逐渐增大(60°~70°)，在60°附近，特征波长达到极小值，约为21.1 nm。在70°~75°时，样品表面呈现纵横比较大的纳米点状结构。增加离子束的作用时间，样品表面的纳米结构纵向尺寸增大，有序性增加，但纳米结构横向周期基本不变。有序纳米结构的出现使得样品的透射率得到提升。自组织结构变化是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果。

烧蚀热可用于材料抗激光加固性能表征和材料的激光加工效率描述。实验研究了亚音速表面切向空气气流速度和激光功率密度对玻璃纤维/树脂复合材料烧蚀热的影响规律，结果表明，相同气流速度下，烧蚀热在100~500 W/cm2 激光功率密度范围内先迅速降低然后趋于稳定，转折点约位于200 W/cm2；相同激光作用下，功率密度较低时，烧蚀热随着气流速度提升而变大，功率密度高于一定值(约200 W/cm2)后，烧蚀热随气流速度提升而降低。分析认为材料内部扩散、热解气体燃烧、残碳氧化放热、辐射能量损失、气流剥蚀等多个因素的竞争是激光能量利用效率变化的原因。

超音速激光沉积技术(SLD)是一种将激光辐照与冷喷涂相结合的新型涂层制备工艺，因其结合了激光技术和冷喷涂技术的优势，能够沉积冷喷涂难以沉积或不可能沉积的材料。利用超音速激光沉积技术在中碳钢基材上成功制备了Ni60 涂层，并采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X 射线衍射(XRD)、显微硬度测试等手段对涂层的沉积效率、显微组织成分、结合机理以及显微硬度进行了表征分析。研究结果表明：随着激光加热温度升高，涂层沉积厚度增加，表面球型凹坑逐渐减少；Ni60 涂层保持了冷喷涂固态沉积的特征，显微组织结构以及相组成与原始粉末相一致；激光加热导致Ni60 沉积层与基体间同时存在机械咬合与冶金结合；涂层的平均显微硬度为867 Hv0.3，比原始粉末提高8%~10%，沉积过程产生了冷作硬化。

为进一步提高CuAl10 合金激光熔覆层的耐蚀性能，研究添加不同质量分数的Ni对CuAl10 熔覆层组织及性能的影响。采用HPDL-D30半导体激光设备，用同步送粉的方式在316L不锈钢基体表面进行激光熔覆。借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X 射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相分析，并使用显微硬度计进行硬度分析和电化学工作站进行耐蚀性能分析。研究结果表明：添加Ni元素的铜合金熔覆层与基体金属冶金结合，组织分布均匀；添加Ni能显著提高激光熔覆层的耐蚀性能，随着Ni含量的增加，其耐蚀性呈增强趋势，Ni质量分数为6.0%时，耐蚀性能达到最优；未添加Ni元素的熔覆层物相主要以α - Cu，α - Fe，AlFe3，Cu9Al4 组成，添加Ni元素的熔覆层物相主要由α -Cu，α -(Cu,Ni)，AlCu3，Cu9Al4组成。

为研究大气环境不可溶性固态内核霾滴的光学性质，以纤维素、石英、聚苯乙烯、赤铁矿及碳黑5种典型凝结核为例，采用核-壳模型计算含不同种类内核霾滴的散射、吸收、消光等效率因子，重点讨论非吸收性内核、弱吸收性内核、强吸收性内核以及霾滴尺度等参数变化对霾滴光学特性的影响。研究结果表明，与吸收性内核霾滴相比，非吸收性内核霾滴的散射较强，PM2.5霾滴的散射与霾滴尺度参数y、内核尺度参数x 以及内核复折射率m1等非线性相关；霾滴的吸收效率因子主要取决于内核相对尺度β 与内核复折射率。研究结果有助于进一步开展大气雾霾能见度精确评估以及高湿环境多相流复杂介质的激光测量等研究。

针对在不同视角下所获得的三维点云数据，提出了一种基于特征提取的点云自动配准算法。算法根据点云在不同半径内的法向量变化度来提取特征点，综合利用点云局部点的三种几何特征搜索匹配点对。通过利用距离约束条件来获取准确匹配点对并计算初始配准参数。精确配准阶段采用改进的迭代最近点(ICP)算法完成二次拼接。实验结果表明，与传统ICP算法相比，该算法在运行时间与精确度上都有着明显的提升。

在由反射物旋转引起的非聚焦激光束自混合干涉基础上，研究观察了由反射体旋转引起的聚焦激光束自混合干涉现象。由此提出了一种聚焦激光束自混合干涉的角度测量方法。由于激光器出光口的孔径限制，利用非聚焦激光束的自混合干涉角度测量范围很小。在光路中添加聚焦透镜，使偏离出射光方向的激光束聚焦后重新反馈回激光谐振腔，进而产生自混合干涉。从而使得引起自混合干涉现象的旋转角变化范围扩大了一个数量级以上。由此提出的利用聚焦激光束自混合干涉现象的角度测量方法，测量范围可显著提高，并随着聚焦透镜的焦距减小，测量范围可逐步扩大。

针对高功率激光装置，光学元件表面不同分布形态的多个缺陷引起的子光束，在传输过程中会相互干涉叠加，引起光束质量发生复杂变化，因此有必要对缺陷的相对位置关系加以规范。基于光的衍射传输理论，研究了光学元件表面存在不同空间分布的划痕时光场调制的变化，以及划痕深度对调制光束近场分布的影响。结果表明，元件前后表面存在平行或垂直划痕时均会比单一划痕产生更加严重的光束调制，最大调制度可增至1.5倍，且划痕具有更严格的深度要求。研究结果为光学元件图形制备标准的补充及高功率激光装置大口径光学元件表面缺陷指标的确定提供了重要参考。

提出一种新的相移方法，该方法将原独立的水平和垂直一维正弦光栅集成为单幅正交正弦光栅图，再采用双频光栅相移方法，从而实现仅通过某一特定方向相移即可获取两正交相位分布，并进而计算出待测面的梯度分布并由梯度分布恢复待测表面面形。详细介绍了双频光栅相移方法，推导了相移方向与双频光栅相移的对应关系。在传统方法中，须独立投影或显示水平和垂直一维正弦光栅，且分别进行相移测量，因此共需2×N 幅图像(N≥3)；而在双频正交光栅相移方法中，最少需要5 幅图像。当采用机械相移时，传统方法需要二维相移机构，而该方法仅需一维相移机构，因此该方法具有成本低、测量速度快、结构简单等优点。实测的眼镜片结果，验证了该方法的可行性。

条纹中心提取是线结构光表面形貌测量的关键问题，提出一种基于主成分分析方法实现结构光条纹中心提取的方法。利用大津阈值法提取图像的感兴趣区域(ROI)，在经两次高斯卷积得到条纹的梯度分布的基础上确定条纹中心的初始位置，利用主成分分析来确定这些点上法线方向；以初始位置为基准点，对条纹的灰度分布函数在法线方向进行二阶泰勒展开求得条纹中心的精确位置。实验结果表明，该算法具有速度快、精度高等特点，相对Steger算法，均方误差(MSE)小于0.003 pixel，速度提高了近3 倍。该方法能够实现结构光条纹中心线的快速高精度提取，为结构光视觉检测的实时应用奠定了基础。

由于大气湍流影响，光电探测系统一般只能获得模糊降质图像。根据大多数图像频谱幅度谱具有指数律分布的特征，提出了一种新的快速盲图像解卷积算法，该算法基于图像谱服从指数律分布的观察，从降质图像中直接获得降质过程的初始估计，大大加快了算法收敛速度，提高了算法稳定性；以此为基础，采用加权增量维纳滤波的方法交替迭代进行点扩展函数与原始图像的进一步估计，保证了算法的良好解卷积性能和普适性，最终实现了快速有效的盲解卷积。实验表明，基于指数律的增量维纳滤波(BPL-IWF)盲图像解卷积后处理的光电探测系统，能够实时探测目标，并准实时输出BPL-IWF盲图像解卷积图像。

Ronchi剪切干涉采用扩展光源调制光场空间相干性，具有干涉仪结构简单、共光路、零条纹检测等优点，适合用于光刻机投影物镜波像差原位检测。基于Ronchi剪切干涉的投影物镜波像差检测技术及系统，根据光栅衍射和空间相干性理论推导了Ronchi剪切干涉场的表达式。针对Ronchi剪切干涉仪多级衍射光寄生干涉对相位提取精度的影响，提出了一种十步相移算法，有效地消除±9 级以内多级衍射的影响，理论上相位提取误差峰谷(PV)值为0.0046 λ ，均方根(RMS)值为0.0019 λ ，实验数据验证了理论推导的正确性和相位提取算法的有效性。

通过星点定位系统误差频域分析，寻找不同的点扩展函数下星点定位系统误差分布理论表达式形式上的共性。根据光学系统不同视场(FOV)的点扩展函数数据，运用蒙特卡罗法对星点定位系统误差分布进行了仿真，仿真结果与与频域分析结果相符。在实验中测量了弥散斑尺寸为5 pixel×5 pixel的星点目标的星点定位系统误差，采用误差补偿方程组对星点定位系统误差进行了补偿。补偿后中心视场星点定位精度提高了66.56%，边缘视场星点定位精度提高了57.21%，而传统正弦曲线拟合补偿方法仅使定位精度提高35.7%，提出的误差补偿方法效果总体上优于传统正弦拟合补偿方法。

从激光雷达测距方程出发，根据扫描仪的辐射机制，运用多项式模型拟合激光强度值与接收功率之间的关系。由于系统参数与目标反射率未知，接收功率无法获取，所以通过激光入射角的余弦与激光测距值平方的组合，构造新变量，实现目标反射率与扫描几何因素的分离，根据多项式模型建立激光强度值与新变量之间的模型关系。定义了标准测距值与标准入射角，分析残差特性，对激光强度中的距离和入射角效应进行改正。通过实验进行验证分析。实验结果表明：该方法能有效地去除由距离和入射角引起的强度偏差，精确地对激光强度值进行改正。

局域均值分解(LMD)方法是一种新的自适应信号处理方法，Teager能量算子是求解信号瞬时能量的非线性操作算法，能有效提取信号的瞬时能量。结合这两种方法的优点，提出一种基于LMD-Teager 变换的功率谱估计方法，给出了算法原理和步骤，讨论了功率谱估计的物理意义，并在与快速傅里叶变换(FFT)方法、小波变换对比的基础上，用短数据序列和非平稳信号进行了仿真验证。结果表明：该方法突破了FFT 方法中对所分析的信号必须平稳的要求，更适合于非平稳信号的处理；且对数据长度的要求较傅里叶方法低，而其分析精度和分辨率优于传统的傅氏方法和小波变换。

研究了利用激光诱导击穿光谱技术对铀材料中杂质元素进行快速定量分析的方法。利用KrF 准分子激光器和AvaSpec-2048 光纤光谱仪组建了激光诱导击穿光谱系统，检测并分析了200~460 nm 波长范围内铀及杂质元素的光谱数据。分别研究了脉冲激光次数、光谱仪检测延迟时间等因素对铀光谱特性的影响。在激光能量为28 mJ、延迟时间为1.5 μs 时对铀材料中的Fe、Cu、Al 三种杂质元素进行定量分析，特征光谱分别选择438.3、427.5、396.2 nm ，定量测量相对误差小于12%。实验结果表明激光诱导击穿光谱技术在检测铀材料中微量杂质元素时具有较低的相对误差和检出限，可以用于铀材料中杂质元素的快速定量分析。

应用激光镊子拉曼光谱实时监测杀虫贪铜菌(Cupriavidus necator) H16菌株在特定氮源、不同果糖浓度下生物塑料聚β-羟基丁酸(PHB)的合成过程及其生化动态，以期获知碳源浓度对PHB 合成的影响机制。结果显示：1) 2.0%果糖浓度(质量分数)下的PHB 产量获得最佳发酵效果；2) 发酵启动及发酵前期胞内物质的合成速度基本相同，但果糖浓度影响对数生长期的长短；3) 782、1574、1656和1732 cm-1等峰信号强度变化动态显示，高碳源浓度下核酸物质的拉曼信号长时间维持在较高的水平，这可能是影响细胞合成PHB 的重要因素；4) 单个细胞在1732 cm-1峰处的平均强度与发酵液PHB 总含量线性相关，可用于定量监测发酵过程中PHB 总量动态。发现了C. necator H16 菌株在不同碳源浓度下PHB 合成代谢过程中胞内主要生物大分子的变化动态，为PHB 发酵提供全新的光谱学信息，也为基于单细胞拉曼光谱快速分选高产优良菌株提供实验依据。

光波经过光学位移反射器后，由于全反射的存在，入射光的s偏振分量和p 偏振分量在相位上将产生一个额外的常量差值，这将导致出射光相对于入射光的偏振状态发生变化。通过分析高反膜的反射机理及其结构特征，同时结合直角棱镜的几何结构，提出了基于高反膜膜系结构的直角棱镜保偏膜设计方法，该方法通过将设计膜系镀制到直角棱镜的两直角面上，使光束经过直角棱镜平行反射后，偏振状态保持不变。同时，对该方法进行了可行性研究和误差分析。结果表明，该方法结合目前成熟的高反膜制作工艺，理论可行，易于实现商业化应用；对于光波的小角度入射误差而言，方案所述镀膜直角棱镜的保偏特性表现出良好的稳定性。