提出一种非实验室条件下激光光束质量的简易评价方法，通过检测激光光斑轮廓特征来评价激光光束质量。根据原理定义一组表征激光光束质量的参量，给出测量方案和算法。利用灯抽运Nd∶YAG 电光调Q 脉冲激光器测试了谐振腔镜倾斜和不同调Q 状态两种失调态时激光器参量值的变化规律，结果显示参量值随着失调量增加而单调增大，当失调量较大时，可以用相邻两截面上参量差值的平均值来评价激光光束质量。研究结果表明，所提出的简易评价方法能够有效地评价激光器激光光束质量，测量过程仅需要光敏相纸、数码相机以及计算程序。对实验条件要求低，可用于非实验室条件下激光器工作状态的初步检测。

在所构建的纳秒脉冲激光电化学复合加工(LECM)系统中，利用激光辐照和脉冲电化学复合加工的方法，在相同的工艺参数下，分别对304不锈钢、7075铝合金、1060纯铝等金属和脆性材料硅进行了加工试验。探讨了激光热力效应促进电化学加工的机理，并对不同金属材料的极化曲线进行了测量。通过扫描电子显微镜(SEM)对比分析了不同材料复合加工表面的微观形貌；并通过超景深三维显微镜对不同材料的加工深度、宽度与深宽比进行了分析。试验结果表明，在激光热力作用下，铝合金的电化学刻蚀质量和表面形貌较好，且可以加工出深宽比较大的微结构；脆性材料则存在微颗粒的冲击崩离。

介绍了可调谐激光器的波长调谐范围从1310 nm 到1319 nm 的波长控制设计，并对其可行性进行了实验测试验证。此系统采用的激光芯片是基于重构-等效啁啾(REC)技术的分布反馈(DFB)激光阵列芯片，具体通过上位机(PC)和下位机(MCU)之间的通信实现激光器阵列波长调谐。研究结果表明，该系统可应用于1310 nm 波段的密集波分复用(DWDM)系统并且能够保持50 GHz间隔0.01 nm 的波长精度。

利用波长为1064 nm 的光纤激光器作为抽运光源，采用具有双通道(极化周期分别为30 μm 和30.5 μm)的化学计量比钽酸锂超晶格(PPSLT)晶体作为非线性工作介质，在PPSLT 晶体温度为190 oC 时，获得了1568.4、1625.9、3078.8、3231.1 nm 四波长近-中红外激光同时输出。在抽运功率为37 W，重复频率为50 kHz时，获得了14.9 W 近-中红外激光输出，四波长激光的功率分别为3.71、4.36、3.21、3.62 W。通过调节PPSLT晶体温度，可以实现可调谐输出。进一步优化光参量振荡器谐振腔，可以实现四波长相同功率输出。

提出了基于条纹式激光传感器的机器人焊缝跟踪系统，采用机器人末端安装条纹激光传感器，在焊接过程中实时获取焊缝轮廓数据；利用小波变换模极大值理论对焊缝轮廓数据进行分析，确定焊缝特征点；以特征点为分界点，采用最小二乘法拟合焊缝直线并求取交点，精确确定焊缝轮廓特征点坐标；通过机器人坐标变换实时获得焊缝运动轨迹，从而实现焊缝跟踪。对不同的V 型焊缝进行实验验证，并对有无采用最小二乘法精确定位进行对比实验。实验结果表明：只采用小波模极大值理论获得的跟踪误差约为0.514 mm,但轨迹存在较严重的抖动现象；而采用了最小二乘法精确定位特征点后，跟踪误差约为0.304 mm，抖动现象明显减弱,满足自动焊接误差要求在0.5 mm之内的要求。

拍瓦激光参数诊断过程中，为满足单脉冲信噪比测量仪中周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体对光束偏振态的要求，皮秒测量平台的光路排布中采用了立体空间分布结构。针对单脉冲信噪比测量仪快速精确的在线准直要求，推导出马达调整的4×4 维线性矩阵的数学模型算法，实现皮秒测量平台立体空间激光光路的快速精确准直。实验结果表明，该准直算法能够保证马达调整3次以下，准直时间2 min以内，实现近场准直精度小于0.16 mm，远场调整精度小于0.17 mrad。满足信噪比测量对准直精度和准直时间的要求，使得信噪比信号获取成功率由10%提升到90%，保障拍瓦激光信噪比实验结果满足总体要求(大于106)。

采用多量子阱掩埋条形(BRS)增益芯片和拉锥光纤布拉格光栅(FBG)，制作了1.5 μm 波段FBG 外腔式窄线宽半导体激光器。封装后器件实现了全电流范围内稳定单模窄线宽激光输出。30~250 mA 驱动电流下线宽小于15.48 kHz，实测最小线宽为6.42 kHz，频率稳定度为7.2×10-8/s，边模抑制比大于40 dB，最大出纤功率大于10 mW。这种集成窄线宽激光器性能优异，且制作成本低，工艺简单，适于批量生产，可应用于400 Gb/s相干通信系统的发射源与接收机本振源。

报道了高功率、高效率单模中红外2.8 μm 波段光纤激光器。采用中心波长为975 nm 的半导体激光器(LD)抽运高掺铒氟化物双包层光纤Er∶ZBLAN，室温下实现了2.8 μm激光功率超过9 W中红外光纤激光连续输出。激光器最大输出功率为9.2 W，斜率效率为24.8%，工作阈值约为1.0 W，中心波长为2.79 μm，激光工作模式为单模，光束质量M2因子小于1.2。

半导体激光器由于自身波导结构的不对称性导致光强分布不均匀而限制了其应用，为了对半导体激光光束进行整形以获得均匀光斑，设计了一种基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统。分析了微透镜阵列对半导体激光的匀化原理和光束匀化过程，通过分析微透镜边缘衍射对匀化光斑影响确定了微透镜孔径范围，采用近轴矩阵光学推导了目标光斑发散角。结合实例对微透镜阵列光束匀化系统进行了仿真和实验验证，实现了均匀性为91.89%的均匀光斑。

在直接驱动激光聚变中，变焦辐照可使得激光焦斑随聚变靶丸缩小，可增大激光与靶的能量耦合效率。基于像传递技术并利用电光削波开关中的检偏棱镜同时实现光脉冲的分束与波形分割，这种方式可充分利用脉冲激光能量，可有多种光束分割形式，并具备脉冲整形的能力。在实验室实现了XeCl准分子激光3台阶变焦辐照，以条纹相机记录了焦斑变化过程。实验结果表明，电光削波开关中电光晶体驱动电压的前沿陡度直接影响到变焦台阶之间的边界陡度。

针对牙科钴铬合金(remanium star CL)进行选择性激光熔融(SLM)成形实验，测试分析钴铬合金成形件微观组织及表面质量，研究激光功率、扫描速度、扫描间距及其综合作用下的激光能量密度对钴铬合金件表面粗糙度、相对密度及维氏硬度的影响。研究结果表明，相同激光能量密度下，不同的激光功率、扫描速度、扫描间距也会导致不同的表面粗糙度。SLM 成形钴铬合金件相对密度随激光功率的增加而增大且变化速率逐渐缓慢；扫描速度在80~100 mm/s时，钴铬合金SLM 成形相对密度最大值达94.95%。随着激光扫描间距的增大，钴铬合金件的相对密度下降。试件维氏硬度随激光功率和扫描速度的增大均呈现先增大后减小的变化规律。此外，激光功率从50 W 变为100 W 时，网状晶粒平均尺寸由0.8 μm 增大到2 μm 左右，然而过大的激光功率将导致晶粒尺寸过大使硬度降低。SLM 成形钴铬合金件维氏硬度平均硬度为392 HV，在合理范围内略高于标准值。

“形貌自愈合效应”是激光金属直接成形过程中可能出现的一个重要现象，在堆积过程中依靠自身工艺参数的调整，可以控制多层堆积的熔道从堆积表面可能出现的凹凸不平状态重新恢复到平整状态。在“中空激光、光内送粉”新工艺的方法下，通过调整环形激光离焦量能产生明显的熔道凹凸缺陷的自愈合效应。对激光离焦量与单层堆积厚度影响规律进行了理论分析，获得激光离焦量与单层熔覆高度的关系曲线，并在具有“栅栏凸起”的304不锈钢基板上堆积多组薄壁墙试样进行试验验证，同时利用游标卡尺、扫描电镜及显微硬度计对愈合完好的薄壁墙的宽度、微观组织及显微硬度进行了分析。结果表明，不同的激光离焦量对其形貌自愈合能力影响显著，当离焦量为0~-3 mm 时，薄壁墙形貌原有的起伏不平“自愈合现象”并不会出现；当离焦量为-3 mm~-5 mm 时，薄壁墙形貌的起伏不平随层数增加被逐渐修复，若干层后表面光滑平整，“自愈合现象”得到验证；通过自愈合修复的薄壁墙，宽度变化很小，与基体冶金结合良好，组织致密均匀，从墙顶至基体硬度值呈缓慢下降趋势。

提出了一种可以实现同种或异种金属材料固态冶金结合的新型激光冲击点焊工艺。实验中，采用Nd∶YAG激光器发出的脉冲激光驱动厚度为30 μm 的钛箔产生局部塑性变形，并以超高速撞击厚度为100 μm 的铝板以实现点焊连接。当钛箔的飞行距离分别为0.3、0.6、0.9 mm 时，焊点中心的回弹区域面积依次减小，而结合区域面积依次增大。采用冷镶嵌技术制样用来观察焊点的截面特征，发现了沿焊点直径方向振幅和周期变化的波形界面和平直型界面。为研究激光冲击点焊对材料力学性能的影响，应用纳米压痕测试技术测量了垂直于焊接界面方向材料的显微硬度，结果表明焊接界面附近材料的硬度值明显提高。此外，焊接试样的拉伸剪切测试结果表明，当复板和基板发生有效固态冶金结合时其连接强度较高，失效形式通常是焊点边缘破裂。激光冲击点焊为厚度在微米级的异种金属箔板的点焊连结开辟了新途径。

对1.4 mm 厚的DP590 双相钢和1.2 mm 厚的6016 铝合金平板试件进行添加Sn-5%Zr(质量分数，下同)粉末的激光搭接焊试验，利用卧式金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、背散射电子衍射技术(EBSD)和微机控制的电子万能试验机等研究了添加Sn-5%Zr粉末对焊缝微观形貌、焊接区域金相组织、断口形貌、主要物相、相的分布及含量、晶粒大小与接头力学性能的影响，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了添加Sn-5%Zr粉末后新形成物相FeSn、Fe3Sn 和Fe3Al、FeAl、Fe2Al5等Fe-Al金属间化合物的模量。结果表明，添加Sn-5%Zr粉末钢/铝接头平均剪切强度为37.90 MPa，与未添加粉末相比，剪切强度提高，新形成ZrAl3 化合物细化了钢/铝界面Fe-Al金属间化合物的晶粒尺寸，Sn抑制Al向焊缝熔池内扩散，减少Fe-Al金属间化合物层厚度，新形成物相FeSn，Fe3Sn具有较好的延性，Sn-5%Zr 粉末改变了界面层Fe-Al 金属间化合物脆性相与延性相的比例，添加粉末增加焊缝熔宽，提高焊合率，因而添加Sn-5%Zr粉末改善了焊接接头的力学性能。

针对热成形前Usibor1500 钢板激光拼焊时Al-Si镀层对焊缝的影响进行研究，对比分析了保留Al-Si镀层与去除顶层镀层后的激光拼焊焊缝金相特征，通过能量色散X-射线光谱(EDS)的方法分析了镀层元素在焊缝中的分布特征，采用室温拉伸实验研究了去除顶层镀层前后力学性能的差异。研究结果表明: Al元素分布于焊缝各个部位并存在局部偏聚，Al在不同合金相中质量百分比分别为1.76%和2.65%；Al-Si镀层进入焊缝形成的脆性相降低焊缝力学性能，焊缝断裂的抗拉强度为458~479 MPa，而断裂于母材时为500 MPa 左右；去除顶层镀层可以改善焊缝力学性能，拉伸断裂位置均为母材。

采用三维瞬态模型模拟了同轴送粉激光金属熔覆成形(LMD)技术制作直壁墙过程中温度场的演化，被加工的材料为定向凝固镍基高温合金Rene80。首先模拟了粉末在下落过程中与激光的相互作用，并分析了其对熔池温度场可能造成的影响，其次模拟了直壁墙成形过程中温度场的演化。模拟过程考虑了固液相变和液体流动对熔池温度场变化的影响，模拟过程所用的工艺参数为制作直壁墙实验中获得的最优参数。通过模拟获得的熔池温度场演化过程再现了成形过程中熔池形貌的变化及成形过程的不稳定性，模拟计算的温度场变化规律与实验测得结果相符。

制备了多特征尺寸微弯曲模具，并利用激光动态柔性成形技术实现了单次脉冲下箔板的等压弯曲成形。为了研究工件尺寸(厚度)、晶粒尺寸对高应变率下箔板变形行为的影响，使用超景深显微系统观测成形件三维形貌及轮廓形状，采用纳米压痕仪测量其厚度方向上的微硬度分布，并借助冷镶嵌技术测量成形件厚度减薄率。实验结果表明：铜箔厚度由50 μm 减小到30 μm 时，材料流动应力减小，成形件轮廓形状由圆顶状转变为槽状，表面硬度由于模具底部的碰撞滑移得到显著强化；相比于细晶成形件，粗晶件的微塑性成形能力较差；工件底部回弹形变及厚度方向应变硬化不均匀；圆角处易于破裂，最大减薄率比细晶件增大约10%。

超音速激光沉积技术(SLD)将冷喷涂技术与激光技术相复合，保持了冷喷涂固态沉积的优势，并极大地拓展了单一冷喷涂技术的可喷涂材料范围。采用SLD制备了Stellite 6硬质涂层，并与激光熔覆(LC)Stellite 6涂层在宏观形貌、显微组织、界面稀释和显微硬度等方面进行对比研究。研究表明，SLD 涂层保留了原始Stellite 6颗粒内部组织，不同于LC涂层的粗大枝晶组织；LC涂层稀释率约为12%，而SLD 涂层无宏观稀释区；与LC热影响区相比，SLD 热影响区变窄；SLD Stellite 6涂层平均显微硬度达到694 HV0.2，约为LC Stellite 6涂层的1.45倍。

为了研究固态相变对马氏体钢激光熔覆成形过程应力演化的影响，建立了考虑降温过程马氏体相变的热-力耦合激光单道熔覆及多层多道堆积有限元模型。在实测材料物性参数的基础上，对单道熔覆及多层多道堆积应力演化进行了有限元分析。分析结果表明，马氏体相变对应力场演化影响显著，同只考虑热-力耦合的模型计算结果相比，考虑固态相变的情况下，有限元结果同实验值比较吻合，残余应力水平显著降低，且分布规律明显不同。

对异种塑料聚碳酸酯和聚苯醚激光透射焊接性能进行了研究，分析了温度属性和相容性对可焊性的影响；采用半导体激光器进行激光透射焊接实验，采用电子万能试验机测定接头拉伸剪切强度，并用响应面法对焊接工艺参数进行实验设计建模与优化；采用三维显微镜对断面形貌进行观测，分析不同扫描速度下接头失效形式。结果表明，在激光功率为6.34 W、扫描速度为40 mm/s、夹紧力为0.39 MPa 时，能获得最佳的焊接强度为6.51 MPa，当能量输入密度不同时，上下层材料的熔融结合作用程度和焊接缺陷(烧蚀和气泡)是影响接头力学性能和失效形式的主要因素。利用激光透射焊接技术，可以对异种塑料实现较好的焊接效果。

光子时间拉伸模数转换(PTS-ADC)技术利用光纤中的色散效应对被采样信号进行时间拉伸和带宽压缩，可大幅提高传统模数转换器(ADC)的采样率和模拟带宽。但PTS-ADC 也存在采样时间窗口有限的缺点，难以满足连续信号的采样。采用多通道结构化设计是实现PTS-ADC 连续采样模式的有效办法，但也存在通道间的失配误差。本文优化了多通道结构设计方案，可用于产生连续光载波和实现连续模式采样的PTS-ADC 系统，并对该方案中多通道之间的偏置误差、增益误差和时间倾斜对系统的影响进行了理论分析和数值仿真。搭建了三通道实验系统平台，验证了该方案的可行性，系统采样率超过200 GSa/s、模拟带宽可达到45 GHz、有效比特位达到3.7。

为了克服基于强度调制器的相位编码光模数转换(PADC)中强度调制器的偏置点漂移和双臂结构不对称等影响，给出了一种基于相位调制器的相位编码光模数转换方案。建立了系统的理论模型，给出了实现双端口相位编码的条件；理论分析了光采样时钟幅度抖动、时间抖动，以及输入光脉冲偏振态等因素对系统性能的影响。结果表明：所提出的方案可抑制光采样时钟幅度抖动对模数转换结果造成的影响，在现有的控制精度下，有效比特(ENOB)可以达到10 bit以上。进行了单波长系统实验，在583 MS/s 采样率下，有效比特为6.38 bit。与非相位编码方案相比，有效比特提高2 bit以上，验证了方案的可行性和有效性。

为使不同频带的电磁波沿着各自的信道传输，在二维介质柱正方格光子晶体中设计了3 种典型的信道分路滤波器(CDF)结构。利用时域有限差分法研究了其特性，得到了各个输出端口对应的传输特性曲线。各信道分路输出信号在其通带中心频率处强度最大，随远离中心频率向高频或低频移动各信道输出信号强度将迅速衰减。该类CDF 结构各信道分路具有选频性能强，频带中心频率串扰弱，工作波长范围宽等特性，可用作设计窄带带通滤波器、或带阻滤波器等微型器件。因此，在光子晶体片上的光路设计、波分复用光通信系统设计等方面存在潜在的应用价值。

建立了一个零缺陷周期性，正、负缺陷非周期性三种宇称-时间(PT)对称晶格势中奇异光孤子传输的理论模型。运用变分法分析了零缺陷晶格势中孤子的宽度和势能的变化，并运用线性稳定性分析研究了孤子的稳定性范围。结果表明，在一定的参数范围内，奇异光孤子在PT晶格势中能够存在并稳定传输。

对不同抽运方式下光子晶体光纤飞秒脉冲放大器中的脉冲演变过程进行了数值模拟和实验验证。在数值模拟上，采用了速率方程和非线性薛定谔方程相结合的理论模型；该模型考虑到端面抽运引起光纤中的非均匀增益分布、群速度色散和自相位调制三者之间的相互作用。模拟结果表明，相比于前向抽运放大方式，采用背向抽运放大方式不仅输出功率高，而且放大脉冲具有更窄的时域和光谱宽度，即较小的时间带宽积和更少的非线性积累。在验证实验上，搭建了基于前向和背向抽运方式的光子晶体光纤飞秒激光放大器；获得的实验结果与数值模拟结论一致，并对放大脉冲演变过程的物理机制进行了讨论。

在各类大型基础设施的安全检测过程中，应变作为一项重要的参数需要重点检测。为了准确测量一定范围内应变分布，提出了基于光频域反射技术(OFDR)的光纤连续分布式定位应变测量传感方法。这种方案根据瑞利散射光谱移动的原理，采用距离域移动窗互相关的光谱漂移解调算法来获取连续分布式的应变参量。实验结果表明，这种方法可以对100 m 范围内光纤所受应变的大小及其分布位置进行稳定而有效的传感，系统空间定位分辨率为20 cm，相较于其他传感方式，这种方法既实现了对应变的定量检测，同时也获取了应变的空间分布信息，实现了应变的定位功能。

采用射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了多组分ZnO 基陶瓷薄膜，利用Nd∶YAG 激光器对多组分ZnO基陶瓷薄膜进行了激光冲击处理，研究了激光冲击处理对多组分ZnO 基陶瓷薄膜压敏电性能的影响。结果表明，激光冲击处理后，薄膜的晶粒尺寸显著减小，表面更加平整致密。薄膜的压敏电性能得到了不同程度的改善，其中非线性系数的提高幅度最大为65.2%，压敏电压降低幅度最大为38.92%，漏电流密度降低幅度最大为30.51%。薄膜中晶粒细化，晶格畸变加强，晶界处的界面态密度激增，导致薄膜非线性系数激增，从而有效改善了多组分ZnO基陶瓷薄膜的压敏电性能。

阐述了基于相位差异(PD)的波前传感技术的基本原理，并将该技术的应用领域由单色光或准单色光拓展为宽光谱照明。在大量计算机模拟仿真的基础上，设计了宽光谱PD 技术的验证实验。用积分球照明作为光源，在实验室搭建了某相机调制传递函数测试实验平台，利用宽光谱PD 技术进行波前解算和最佳焦面位置的确定，并对所采集的图像进行复原处理。此外，针对某相机的外场成像实验所采集的图像，利用宽光谱PD 技术进行解算，得到了相机成像时的波前像差。实验结果表明：利用宽光谱PD 技术解算得到的波前与干涉检验结果的均方根(RMS)偏差小于0.03λ，解算得到的焦面位置与测试得到的理想焦面位置偏差小于0.03 mm，检测精度满足工程实际需求。

材料的力学性能直接影响到构件的安全性和寿命，而材料的弹性常数是其力学性能的重要指标。利用有限元软件Abaqus模拟了激光激发的超声表面波和纵波在金属薄板试样表面及体内的传播过程。采用修正的高斯分布的力源等效激光对样品的脉冲作用来产生超声波，在边界处设置无限单元消除反射回波的干扰信号，并由接收点的超声表面波和纵波信号计算得到波速大小，再根据波速和弹性常数之间的关系得到材料的弹性常数。数值结果与理论解吻合良好，为激光超声检测材料弹性常数提供了一种十分有效的数值方法。

提出了一种基于单光子探测的光纤传输时间峰值扫描测量方法。通过调节门控信号的到达时间以及与光脉冲匹配的开闸宽度，统计单光子探测器的计数率峰值来判断光脉冲的准确到达时刻，避免了单光子探测器在盖格工作模式下输出雪崩脉冲的时间抖动测量误差。在理论分析峰值扫描测量法的基础上，设计了峰值扫描测量实验系统，在长度为125 km 光纤信道上测量光脉冲传输时间精度达到35 ps，同时验证了实验系统测量的准确度约为13 ps。

针对微球移相干涉测量中系统校准差及离焦引入的线性移相误差对相位信息提取产生的影响及特点，在分析了常用移相算法应用缺陷的基础上，构造了新的五帧算法。该算法对线性移相误差的响应特性与Hariharan算法十分接近，且符号相反。通过两种算法的互补修正，使得相位解算误差理论上较之Hariharan 算法降低了两个数量级，大幅提高了定步长移相算法的线性误差抑制能力，且避免出现类似任意步长算法奇异相位解的异常情况，运算更为简洁。最后通过测量实验验证了提出的误差互补修正相位提取方法的可行性和有效性。

为了改善光学波导较大的侧壁粗糙度，探究分次氧化工艺相比于单次氧化工艺的优势,运用微机电系统(MEMS)工艺制备了绝缘体上硅环型谐振腔和跑道型谐振腔，并通过单次氧化工艺和二次氧化工艺对其进行优化处理。理论分析并仿真了粗糙度、散射损耗和光学谐振腔传输特性之间的关系。实验结果显示，相同的氧化深度下，相比单次氧化工艺，二次氧化工艺获得了较窄的半峰全宽(FWHM)、较高的品质因数(Q)和较低的传输损耗。研究结果为波导表面光滑研究提供了重要的参考依据，同时对于高Q 值、低损耗谐振腔的制备及其在滤波器、生物传感和光学陀螺等相关领域中的应用具有重要的研究意义。

提出了一种新的基于二维靶标的球面模型鱼眼镜头标定方法。根据球面成像模型中圆弧上的点与图像坐标系像点之间的约束关系，利用平面靶上的一根直线上的点，初步估计出摄像头的内部参数。利用平面靶上棋盘格角点在世界坐标系上的坐标点与其在球面坐标系下坐标的映射关系，求出相应的外部参数的初始值。以这些角点在图像中的实际坐标与重投影后坐标之间的均方差为优化参数，进行非线性优化，求出内部参数，畸变系数和外部参数的精确解。通过实验验证，该方法能够快速的估计鱼眼镜头的内、外部参数的初始值，具有较高的精度，能够满足实际应用的需求。

随着非球面反射镜口径和顶点曲率半径的增大，传统的非球面几何参数测量不能满足要求。为实现非球面几何参数的高精度测量，针对广泛应用的补偿器检测非球面光路，开展了几何参数分析和测量方法研究。将二次常数和顶点曲率半径的理论近似误差关系与Zemax仿真进行对比验证，确定了测量需求及数据复核方法；阐述了采用激光跟踪仪测量几何参数的基本原理，说明了特征转换过程及建模、数据处理方法。测量实验结果表明，对2 m量级的测量光路，顶点曲率半径的重复性测量精度±0.039 mm，二次常数的重复性精度±2.05×10-5，离轴量的重复性精度±0.055 mm。说明采用该方法能够有效实现非球面参数的测量，并具有很高的重复性测量精度，适合大口径、长曲率半径非球面的几何参数测量。该方法绝对检测精度需要进一步分析。

为了对古代瓷釉的结构特征进行量化表征，基于图像的统计直方图以及灰度共生矩阵提取出了7 个纹理特征参数，用来对4 种不同类型典型素面瓷釉样品的光学相干层析(OCT)图像进行描述。对比分析发现4 种瓷釉的7个纹理特征参数差异明显。同时利用未知样品对基于K-邻近分类和7 个纹理特征参数的瓷釉自动识别方案进行了可行性验证，得到了未知样品的正确的分类结果。实验结果表明：7个特征参数可以很好地表征瓷釉的釉层结构特征，基于K-邻近分类和纹理特征参数量化分析的瓷釉快速自动识别方案是可行的，且具有广泛的应用前景。

在真彩色全息显示中，由波长不同引入的色差往往会影响再现像的观看效果。利用液体透镜的可变焦特性，提出了一种基于液体透镜的全息色差补偿方法。利用电湿润原理制作了一个液体透镜，当改变液体透镜的电压时，它的焦距也会随之改变。当三种颜色的激光时序照射相应颜色的全息图时，通过控制液体透镜的焦距相应地改变，从而使三种颜色的再现像清楚地呈在同一位置。实验结果表明了该方法的可行性。

为实现高动态范围红外图像压缩和高亮区与阴影区细节增强，提出一种基于子带分解多尺度Retinex自适应细节增强方法。利用子带分解多尺度Retinex 获取三个独立光谱子带；利用引导滤波将各子带分为细节层和基础层；之后依据子带特性设计细节增强权值基函数，自适应实现红外图像细节增强；针对输出图像平滑区灰度不均匀特点，自适应求取Gamma 曲线实现灰度映射。实验结果表明：经本文算法处理后图像阴影区与高亮区细节得到明显增强，全局视觉效果良好。客观测评结果表明：本文算法有效增强图像细节信息，并且与经典基于双边滤波的细节增强算法比较，本文算法耗时没有增加。

大气湍流引起的光强信号衰落严重影响无线光通信性能。利用大孔径闪烁仪分别对公路环境和近海面环境下大气湍流效应进行测试，在测得的大气折射率结构常数的基础上，对两种环境下无线光通信的衰落特性展开研究。分析了公路环境和近海面环境下大气折射率结构常数的差异，发现前者的湍流强度明显强于后者的湍流强度；在闪烁指数分别取最小值、平均值以及最大值时，研究了准直高斯光束在两种环境下衰落概率的变化特征，得出公路环境下光强信号的衰落程度明显比近海面环境下衰落程度要严重，同时还对衰落概率保持在10-6时，衰落阈值参数的取值情况进行了讨论。

大气湍流会导致大气激光通信链路误码率性能的恶化，提出了一种频域反卷积方法抑制大气激光通信系统中的乘性噪声。该方法有效地把反卷积技术与大气激光通信相结合，算法中加入快速傅里叶变换(FFT)模块，将信号转换到频域进行反卷积滤波，降低了算法复杂度。利用大气激光通信实测系统在雨天天气下进行实验验证，对比反卷积前后调制信号的星座图并分析系统误码率。实验结果表明，频域反卷积能够降低大气激光通信系统的误码率，是一种抑制大气信道乘性噪声的有效方法。

为了降低外界环境温度变化对单缺陷光子晶体折射率传感的干扰，提出了一种双缺陷空气栅光子晶体的传感模型。通过紧束缚法分析光子晶体双缺陷模的产生机理，并结合传输矩阵理论分析该光子晶体结构的光学传输特性。针对折射率和温度的交叉敏感问题，提出了一种消除温度干扰的方法，并建立两缺陷模波长与光子晶体结构参数之间的关系模型。利用该空气栅光子晶体，通过观测双缺陷峰波长的漂移，即可实现待测气体样本参数的动态监测。通过数值模拟可以发现，两缺陷模的波长均与待测气体的折射率呈线性关系，该传感具有结构简单和精度高等优点。

基于罗丹明6G 的分子荧光原理，通过对比不同实验条件下得到的罗丹明6G 荧光光谱，得出pH 为1条件下的相对荧光强度最大。罗丹明6G 试剂中加入钼酸铵、磷酸二氢钾、硫酸试剂生成络合物后，罗丹明6G 的相对荧光强度值有所下降，在一定范围内表现出线性关系，罗丹明6G 荧光峰的位置没有发生变化。基于遗传算法-逆向误差传播(GA-BP)神经网络构建了输入节点数为36×18的矩阵、输出节点数为1×18的矩阵、以检测磷酸盐浓度为目的的非线性模型。网络训练中，误差精度为10-3，输出与期望的相关系数为0.998，网络预测中，平均回收率为99%，平均标准偏差值为1.79%，达到了理想的检测效果。证明此网络适用于检测0~2.00 mg/L 的磷酸盐溶液。提供了一种快速、有效检测磷酸盐浓度的方法，有助于环境检测技术的发展和应用。

采用光束传输法分析了横向啁啾体布拉格光栅的衍射特性，实验研究了横向啁啾体布拉格光栅外腔二极管激光器的功率特性、光谱特性和波长调谐特性，数值计算和实验结果表明：横向啁啾体布拉格光栅的峰值衍射效率随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而降低，光谱选择宽度随着入射光束在啁啾方向上尺寸的增大而增大；当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的快轴方向一致时，外腔二极管激光器的外腔效率为85%，在808.05 nm 处的输出激光光谱宽度为0.27 nm；当横向啁啾体布拉格光栅的啁啾方向与二极管激光器的慢轴方向一致时，外腔二极管激光器的外腔效率为89%，在808.05 nm 处的输出激光光谱宽度为0.3 nm，两种外腔激光器都较好地实现了约15 nm 波长调谐范围，且在整个调谐范围内输出功率波动范围分别小于1%(快轴方向一致)与1.5%(慢轴方向一致)。

基于浮游藻色素萃取液三维荧光光谱(EEM)，利用交替三线性分解(ATLD)和非负最小二乘(NNLS)发展浮游藻群落组成荧光分析技术。将ATLD 模型应用于48种浮游藻色素萃取液的EEM，通过残差分析确定浮游藻色素萃取液EEM 由14个荧光成分组成。Bayesian判别分析表明浮游藻色素萃取液荧光成分组成具有显著的门类特征性，利用聚类分析将浮游藻色素萃取液荧光成分组成按属水平聚类获得116 条特征光谱，使用NNLS 方法识别浮游植物群落组成。结果表明：该技术对512 个单种藻样品的平均识别正确率为99.8%。对256 个实验室混合样品，优势和次优势藻的平均识别正确率分别为93.5%和71.1%。将此技术应用于长江口18个浮游藻膜样品，分析结果与HPLC(高效液相色谱)-CHEMTAX 结果基本一致。

山梨酸钾是一种常用防腐剂，应用非常广泛，但食用过量会严重危害人体健康。研究了山梨酸钾在水溶液和橙汁中的荧光特性，山梨酸钾水溶液荧光特征峰为λex /λem = 375 nm/485 nm ，山梨酸钾和橙汁的混合溶液除了存在此荧光特征峰，还有一个侧峰λex /λem = 470 nm/540 nm 。在混合溶液中，橙汁和山梨酸钾的荧光特性相互干扰，加大了山梨酸钾浓度检测的难度。为准确测定混合溶液中山梨酸钾的浓度，采用微粒群算法优化的误差逆向传播(PSO-BP)神经网络对其进行检测。3 组预测样本的平均回收率为98.97%，PSO-BP 神经网络能够精确测定混合溶液中山梨酸钾的质量浓度范围为0.1~2.0 g/L。预测结果表明荧光光谱法和PSO-BP 神经网络相结合的方法能有效地检测山梨酸钾在橙汁中的浓度。

在惯性约束核聚变装置中，为了实现高精度光束焦点位置调整的目的，采用了基于高精度自动调整反射镜进行光束准直引导的方法，进行了理论分析和实验验证，取得了不同驱动方式下电动反射镜的调整精度数据.结果表明：柔性铰链连接直线微位移驱动机构和旋转轴框，能够有效地消除摩擦和间隙等对精度的影响，该电动反射镜能够在±15 mrad 的运动范围内实现1 μrad 激光光束指向调整分辨率，满足了神光-Ⅲ装置的技术要求。这一结果对大型激光器中高精度光束调整系统的设计是有帮助的。

设计的激光等离子体发射光光纤耦合系统，可以在提高等离子体发射光光纤耦合效率的同时减小耦合系统的尺寸，从而为激光诱导击穿光谱技术应用到快速、现场、在线的物质成分分析提供硬件基础。耦合系统为三镜片结构，通过单片透镜对等离子体发射光进行准直并通过由两片负、正透镜组成的反远距物镜结构将光束耦合进入光纤。耦合系统对等离子体发射光在铅、铜、镍、铬以及镉等元素的分析线波长处的光纤耦合效率均高于92％，且系统孔径小于6 mm，系统总长小于30 mm。采用所设计的耦合系统对土壤中的铬元素以及某铅蓄电池厂固体废弃物铅泥中的铅元素进行了检测，并与采用一般双透镜收集系统以及光纤直接接收的方式进行比较，进一步验证了耦合系统所获取光谱的元素特征谱线更加明显并易于识别，同时所得元素检测限更低，且光谱数据稳定，更利于后续的光谱分析与元素浓度定量反演。

光学系统是光谱仪的核心部件，决定了整个仪器的基本性能与体积。因此分析了几种光学系统的利弊，最终确定采用交叉非对称切尔尼-特纳系统，并用Zemax软件对光路进行了优化设计，确定整体分辨率为1.8 nm，测量范围为200~900 nm。利用Matlab软件求解最小二乘法三阶多项式的拟合系数，采用HG-1汞-氩校准光源对波长进行三阶曲线拟合校正，使其相对波长误差控制在0.05 nm 以内。与USB4000光纤光谱仪进行了数据对比分析，表明该设计思路及方法切实可行。

运用线性熵和熵压缩理论，研究了缀饰态表象下驱动两能级原子和场相互作用系统的纠缠和原子熵压缩随时间的演化特性，讨论了数态光子数、原子与经典驱动场的耦合系数以及原子跃迁频率与经典驱动场频率失谐量对纠缠和熵压缩的影响。结果表明原子线性熵和熵压缩随时间的演化呈现周期性规律，线性熵的最大值随着数态光子数，原子与经典驱动场的耦合系数以及失谐量的增大而增大，并且通过调节原子与经典驱动场的耦合系数以及失谐量可以产生压缩度大、压缩时间长的原子熵压缩态，理论上提供了一种调控纠缠和熵压缩的方式。

激光远距离测距是通过发射激光和返回激光之间的时间间隔来获得距离信息的一种测距方式。随着全固态激光技术和光子探测技术的发展，高能量、千赫兹全固态绿光激光器作为光源具有目标捕获快、回波数多、测距精度高、标准点数据密度高等优点，已逐渐取代闪光灯抽运激光器，成为目前激光远程测距领域中的主流。