通过分析高功率激光装置内主要污染物成分及来源，研究其对大口径光学表面抗损伤能力的影响规律，得到装置光学表面洁净控制要求。利用扫描电镜对高功率激光装置内部的主要颗粒污染物进行取样分析；采用自然沉降的方法在光学元件表面制备污染物，并利用Nd∶YAG(SAGA-S)激光器研究其损伤阈值和损伤规律。研究结果表明，高功率激光装置内颗粒污染物的主要成分为金属、有机物和矿物质，占据比例分别为20%、40%和40%。激光辐照污染后的光学表面存在激光清洗和激光诱导损伤两种效应，当激光器能量密度超过10.9 J/cm2时，光学表面存在清洗作用。当激光能量密度超过14.6 J/cm2时，光学表面污染物引起损伤，且损伤随着污染物尺寸呈线性下降趋势。

通过抽运结构的优化设计，对YAG 晶体的轴向吸收系数非均匀特性进行了补偿，实现了直径15 mm Nd∶YAG晶体的轴向高均匀抽运。分析了轴向非均匀晶体吸收系数的影响，提出在控制抽运光中心波长的基础上，通过改变结构参数来补偿轴向吸收系数不均匀导致的抽运不均匀的方法。实验验证了轴向吸收系数为2.343~2.882 cm-1的Nd∶YAG 棒的均匀抽运优化方案。

报道了248 nm 准分子激光微透镜整形均束装置的研制结果。实际采集并拍摄了248 nm 准分子激光光能量分布的彩色图像，使用Matlab分析处理该图像并提取了相关信息进行计算，通过光学软件ZEMAX 模拟出符合实际准分子激光光能量分布的光源。通过分析空间光能量分布特征，设计并加工出一套适用于248 nm 准分子激光的微透镜整形均束装置，且理论模拟和实际测试结果相吻合。248 nm 准分子激光通过该光学系统整形均束后，可以在工作平面上得到一个约18 mm×18 mm 的正方形光斑，光斑的能量均匀度误差(加工窗)在±2％ 以内，平顶因子为0.90，光能量通过率为85%左右，解决了248 nm 准分子激光光斑形状不规则，且光斑能量分布不均匀的问题。该装置的研制成功，对于优质、高效地开展准分子激光微加工提供了具有自主知识产权的技术支撑。

由于多重散射的影响，当激光光束经过散射介质(例如牛奶、生物组织等)之后将形成散斑。如何调制激光光束，使其经过散射介质之后能实现有效地聚焦是一项具有重要意义的研究工作。研究了利用空间光调制器和连续顺序反馈优化算法对入射光波前进行相位调制，从而实现了激光光束经过散射介质的有效聚焦，得到的最大光强增长因子为50.6139。还研究了空间光调制器上的总调制单元个数、每个调制单元的相位精度对光强增长因子的影响。实验研究结果表明，目标位置处的光强随着总调制单元数的增加而增加，并且随着调制单元的相位精度的增加而增强。

正交线偏振(lin⊥lin)相干双色光作为光源可以用于实现性能较好的相干布居囚禁(CPT)原子钟。研究了用外腔式激光器(ECDL)出射光对受到微波调制的纵腔面发射激光器(VCSEL)产生的多色激光+1 级边带注入锁频，用主从锁频激光系统实现lin⊥lin 准双色光束方案，进而研究了所获光束的特性以及与原子作用实现CPT 共振的效果，获得一些有意义的结果。研究结果对于CPT原子钟研究有参考价值。

为了研究激光探测爆炸物时的相关现象，首先对激光辐照目标过程进行理论分析，并通过有限元软件ANSYS进行仿真，建立CO2激光器辐照爆炸物温升分布的三维立体模型，然后利用CO2激光器和扩束系统对目标进行照射(距离3 m)，同时配合8~14 μm 的红外成像设备分别观察得到沾有少量三硝基甲苯(TNT)和黑索金(RDX)的目标热像图。研究表明，在一定功率的激光辐照下，由于爆炸物和背景的有效辐射出射度大小分别由其在8~14 μm 波段的吸收率和对激光辐射照度的反射率共同决定，因而可得到爆炸物与背景区域明显不同的热像图。此外，辐照功率和照射时间的变化也可能是影响探测效果的重要因素。

根据高能固体板条主振荡功率放大(MOPA)激光放大器系统输出矩形光束在增益介质长度方向波前畸变的特点，针对性地研制了在一维方向上进行波前畸变校正的新型波前校正器，即一维变形镜(DM1D)。通过仿真模型对镜面厚度及粘接面形状等技术参数进行优化，设计了一个具有11 通道的主动冷却型一维变形镜，全口径静态面形峰谷(PV)值为0.17 μm，校正动态范围不小于5 μm。采用主动冷却技术，使镜面在8 kW/cm2功率密度激光长时间照射情况下温升小于1 ℃，保持了强光作用下镜面面形的稳定性。在闭环校正试验中，光束质量β因子均值从8.82提高至4.38，有效地校正了光束波前畸变，验证了该一维变形镜在MOPA 激光系统中的实用性。

对激光二极管(LD)端面抽运的Nd∶YAG晶体产生946 nm激光输出的热效应及输出特性进行了实验对比。实验测量了晶体的端面温度以及热焦距，当吸收抽运光功率达到10 W 时，掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG 晶体端面温度为25.9 ℃，约为相同掺杂浓度下普通晶体的1/3。且相同条件下，端帽键合Nd∶YAG 晶体能有效缓解热透镜效应。利用波片补偿电光晶体热退偏的方法，实现了频率为1 kHz 电光调Q 946 nm 激光输出。在抽运功率为10.4 W 时，使用掺杂原子数分数为0.5%的端帽键合Nd∶YAG 晶体作为增益介质，获得最大输出功率为311 mW，脉冲宽度为17 ns的电光调Q 946 nm 激光输出，功率不稳定性为2.7%。最大输出功率分别是同等条件下使用掺杂原子数分数1.0%的端帽键合Nd∶YAG 晶体的2倍以及普通Nd∶YAG 晶体的3倍。

极紫外光刻技术(EUVL)利用波长为13.5 nm 的极紫外(EUV)光源，可以轻松突破30 nm 技术节点而实现大规模工业生产。毛细管放电直接将电能转换成等离子体的极紫外辐射能，具有较高的能量转换效率。毛细管放电三束等离子体极紫外耦合光源利用激光等离子体(LPP)的热膨胀力与三束等离子体所受的洛仑兹力相互作用，耦合出较大面积的极紫外辐射区，从而在满足用光要求的前提下大幅度地降低毛细管放电的重复频率，有利于光刻生产。在实现三对电极同时放电以及放电与激光同步触发的基础上，探讨了激光对耦合光源所起的作用。实验发现位置耦合对极紫外光源的影响很小，激光等离子体引起的动力耦合成为问题的关键，有待于逐步解决。

根据高功率激光装置中波前畸变分段的特点，提出通过构造不同频段的波前畸变来研究相干合成结果与波前畸变之间的关系。以神光-III原型装置的结构和参数为模型，利用蒙特卡罗方法进行了数值模拟，分析了低频、中高频波前畸变对相干合成的影响，并给出了低频和中高频波前畸变与相干合成结果的对应关系。为高功率激光装置中进行波前畸变控制, 实现相干合成提供一种分析思路和理论参考。

基于激光投影显示系统中散斑形成机理，从理论上分析了影响投影系统中散斑抑制的两个关键参数，即统计独立散斑图像数量N 和探测器成像镜头在观测屏上一个分辨基元内投影镜头分辨基元的数量M。参数M 或N 值的增大，都将有效降低散斑图像的对比度，但即使投射到屏幕上的独立散斑图像数目N 实现巨大，即N→∞，也只能将散斑图像对比度降至1/ M 。在简化投影系统中，利用旋转小散射片产生统计独立散斑图像的方法，通过系统实验，比较了同一散斑抑制技术用于激光非投影和投影系统中散斑抑制的程度，以及投影镜头F 数和探测器成像镜头F 数的变化对参数M 和散斑抑制的影响。结果表明：对于相同N 值和检测条件，投影镜头的存在使散斑图像对比度从0.146 提高到了0.427，呈现的散斑更严重，且投影镜头F 数的增大还会进一步恶化散斑图像，这使得激光投影系统的小型化受到挑战。

为了得到脉宽可调谐的双脉冲激光器，提出了基于半导体光放大器的8字腔激光器结构。该方案中，将半导体光放大器置于非线性光纤环镜的非对称位置，应用半导体光放大器的非线性偏振旋转产生激光脉冲，当半导体光放大器的驱动电流为200 mA 时，通过调整腔内的偏振控制器，得到重复频率为10.05 MHz和12.70 MHz,脉冲宽度分别为33.40 ns和30.08 ns的双脉冲，同时改变激光器腔长以及半导体光放大器在非线性放大镜中的位置，应用非线性光纤环镜的开关特性，双脉冲的脉宽也做相应的改变。

分别将氧化石墨烯可饱和吸收镜(GOSAM)与半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为可饱和吸收体，在同一掺铒光纤激光器中均实现了全光纤结构、稳定的锁模飞秒脉冲输出。实验用抽运源为中心波长974 nm 的半导体激光器，抽运1.4 m 长的吸收率为7 dB/m 的掺铒光纤，谐振腔总腔长约为12 m。以GOSAM 作为可饱和吸收体，当抽运功率为29 mW 时，激光器产生稳定的锁模脉冲输出，脉冲宽度最窄为703 fs，光谱中心波长为1557.67 nm，3 dB 带宽为3.91 nm。使用调制深度为18%的SESAM 作为可饱和吸收体，当抽运功率为32 mW 时也可得到锁模脉冲，脉冲宽度为542 fs，光谱中心波长为1561.5 nm，3 dB 带宽为5.41 nm。实验表明，新型激光锁模器件氧化石墨烯的可饱和吸收效应可与SESAM 媲美，且兼具价格低廉、制备简单的优势，在实现超短脉冲运转方面具有广阔的实际应用前景。

为了深入理解激光清洗技术清除石质文物表面污染物作用机制，进行了激光清洗砂岩表面墨迹和烟熏污染物实验，得到其清洗阈值，结合理论计算得到此时污染物表面的温度场和应力场的情况，对激光清除机制进行了分析，认为温升引起汽化蒸发以及热应力是其污染物被清除的主要方式。在此基础上，在山西大同云冈石窟进行现场实验，结果表明激光能安全有效去除墨迹和烟熏污染物。

在DZ125L 定向基材上进行激光直接成形同种材料的定向生长修复，对修复后的DZ125L 熔覆组织进行了微观分析和常温力学性能测试，并对熔覆组织与定向基材的结合面强度进行了测试。结果表明：激光直接成形DZ125L的组织为外延生长的柱状晶组织，其一次枝晶间距为8~12 μm，二次枝晶退化，热处理后柱状晶尺寸增大为30~90 μm，柱状晶基体上析出大量均匀分布的γ′强化相；沉积态柱状晶组织的纵向抗拉强度为1312 MPa，延伸率为5.27%，热处理后柱状晶组织的纵向抗拉强度降低为1201 MPa，延伸率达到6.69%，均满足国家标准；熔覆层柱状晶组织与定向基材的结合面力学性能良好，定向生长满足使用要求。

为了研究规则分布的表面形貌对轮轨接触在混合润滑状态下摩擦系数的影响，设计了3种不同的表面纹理：横纹、纵纹、菱形。用确定性模型取代平均流量模型，对膜厚、压力、接触面积比进行了数值计算，总的接触载荷由流体接触区和固体接触区分别分担，总的摩擦力等于流体区的摩擦力和固体接触区摩擦力之和。根据设计的3 种表面纹理，用YAG 激光对车轮钢试样表面进行激光毛化处理，获得这3种表面纹理，在RSW-2摩擦磨损试验机上进行油介质条件下的混合润滑摩擦学实验，模拟轮轨间有油污时的工况，测量了该条件下各种表面纹理下的摩擦系数，并与未作激光毛化处理的表面进行对比。理论和实验结果显示，在油介质混合润滑条件下，有激光表面纹理的摩擦系数远大于未作激光毛化处理的试样表面的摩擦系数。3 种激光表面纹理中，菱形纹理的摩擦系数大于纵纹和横纹的摩擦系数，纵纹的摩擦系数比横纹略大。因此，在油污条件下使用激光毛化的菱形纹理表面能较显著地提高轮轨间的摩擦系数。

针对Ti6Al4V 合金在作为医用植入体中存在耐磨性及生物活性差的问题，采用激光熔覆制备表面羟基磷灰石HA/TC4 复合生物陶瓷涂层。综合利用基体的力学性能和涂层的生物性能，具有显著优势。通过设计复合涂层的成分配比和优化激光加工工艺参数，在Ti6Al4V 合金表面制备了成型良好、无冶金缺陷的单道和多道搭接生物复合涂层。对表面复合涂层的微观组织及性能进行了研究，结果表明涂层中生成了α-Ti、Ti3P、TiO、CaTiO3 和β-Ca3(PO4)2等相。涂层的摩擦系数低于基体，磨痕宽度小于基体，表明复合涂层具有优良的耐磨特性。模拟体液在涂层表面的接触角小于在钛基体表面接触角，表明激光熔覆涂层改善了基体的表面润湿性。

研究了保护气体中O2含量对CO2激光-熔化极气体保护(GMA)复合焊焊缝合金元素均匀性和熔池流动行为分布的影响规律。结果表明，焊接方向为激光在前时，电弧保护气体中O2含量对复合焊焊缝均匀性具有明显的作用。保护气体中O2体积分数含量达到2%以上时，复合焊焊缝中合金元素的分布基本均匀。对于He-Ar惰性保护气体，在小孔后沿的熔池区域形成了外向流动；而当保护气体中O2含量达到2%以上时，熔池流动为内向流动。保护气体中O2含量对焊缝合金元素分布的影响规律主要取决于Marangoni对流。当电弧保护气体加入大于等于2%O2时，Marangoni对流方向由外向流动变为内向流动，促进了整个熔池的内向流动，获得了合金元素的均匀分布。

采用CO2激光焊接汽车专用高强钢，得到了性能良好的激光焊接件。为了提高本试验的测量精度，对测量残余应力的小孔法作了必要的修正。使用ANSYS软件对激光焊接残余应力进行了有限元分析，仿真结果与修正后的测试值吻合，在此基础上研究了高强钢激光焊接线能量对残余应力的影响规律。试验结果表明，纵向残余应力在距离焊缝中心约2.5 mm 处达到最大，距离焊缝越远残余应力值越小，并最终达到稳定；在被焊试件前添加引弧板，可以使焊接试件起始段的残余应力分布与稳定段接近，消除了起始段残余应力不稳定的现象；线能量增加，则横向残余应力逐渐增大，而纵向残余应力的最大值减小。

研究鲜红斑痣(PWS)组织结构和光学特性在光动力治疗(PDT)前后的变化有利于客观评价疗效及指导后续治疗。通过分析光学相干层析术(OCT)采集的光学相干信号在PWS 不同组织结构中的特征，得到治疗前后PWS 的表皮层厚度以及扩张血管的管径和深度；基于扩展的Huygens-Fresnel 原理与最小二乘法对PWS 的OCT 纵向信号进行拟合，获取治疗前后组织的散射特性参数。分析上述参数在28 例PWS 患者PDT 治疗前后的变化。治疗后表皮层厚度及各层散射系数无明显改变(p>0.05)，扩张血管的平均管径减小，扩张血管的平均深度增加(p<0.05)。本研究实现了OCT 对PWS结构参数和光学参数的在体无创测量。研究结果表明将PWS各参数在PDT 治疗前后的变化作为评价治疗效果和调整治疗方案的参考依据具有一定的可行性。

纳米金是指粒径介于1~100 nm 之间的金粒子，具有良好的生物兼容性、结构稳定性和光学性质，可用于强化激光治疗血管性皮肤病的光吸收。采用柠檬酸钠还原法制备纳米金胶体，研究了温度、加热时间、柠檬酸钠还原剂用量等因素对其粒径和吸收光谱的影响，得到了制备纳米金胶体的最佳条件。取制备得到的粒径为16 nm 左右的纳米金胶体与血液混合后稀释，研究了胶体金对血液光吸收性能的影响及其随温度的变化规律。结果表明，加入胶体金后血液的光吸收性能随着加入体积比的增大而增强，当胶体金与血液的体积比为5时，血液在545 nm 和581 nm处的吸收峰值分别提高了1.33倍和1.09倍。在变温条件下，胶体金不会对血液的动态吸收特性产生影响。

无线紫外光非直视通信中，大气散射和收发角度是影响紫外光通信系统性能的重要因素。在无线紫外光非直视通信单次散射模型的基础上，提出了一种适合于紫外光非直视通信的信噪比和信道容量估算方法，并将该方法与量子极限法进行对比计算，验证了无线紫外光通信信道容量估算法的正确性。利用计算机仿真了收发端角度对紫外光通信中路径损耗、信道容量的影响，并分析了不同背景噪声环境下的信道容量。仿真结果表明，发送、接收仰角及接收视场角对紫外光通信中的路径损耗、信道容量影响较大，而发散角对其影响不大，且信道容量随背景噪声的增大而减小。

在基于大模场面积的高功率光纤放大器中，随着放大激光功率的提升而出现的高阶模激发现象，将会导致放大激光的光束质量严重下降。以光纤模式的弯曲损耗特性为基础，研究了光纤弯曲半径对高功率全光纤放大器高阶模激发阈值特性的影响。搭建了掺镱全光纤窄线宽高功率主振荡放大系统，设计了不同弯曲半径的水冷光纤盘，进行了相应对比实验。通过优化光纤盘半径，成功抑制了高功率光纤放大器中的高阶模激发，得到了千瓦量级的近单模激光输出，在输出功率为1.31 kW 时光束质量因子M2约为1.4。

提出了一种新型的温度实时补偿的高精度光纤光栅压力传感器。传感器基于弹性膜片结构，测压光栅直接与膜片连接，膜片在压力作用下产生轴向位移来拉动测压光栅以实现压力传感；温补光栅与弹性膜片分离，使之对外界压力不敏感，用以作测压光栅的温度补偿。测压光栅和温补光栅都施加一定大小的预拉力，使其对环境的温度响应基本相同，从而实现了温度实时补偿。传感器测压光栅与弹性膜片直接连接，消除了力的中间传递，在实现压力快速响应的同时又确保了高精度测量。实验中，传感器在温度快速变化的环境中，压力测量值的变化范围小于±0.7%F.S.；在25 MPa的压力测量范围内，压力精度达到了0.19%F.S.。

比较研究了基于Von Karman 折射率谱下大气湍流中单透镜和与单透镜直径相同的透镜阵列的空间光到单模光纤耦合效率，并给出了相应表达式。设计了小口径透镜阵列的空间光-单模光纤耦合结构，证明采用阵列中每个透镜直径是空间相干半径2~3倍的结构具有最好的耦合效果。理论分析和实验结果表明：当通信距离足够远时，透镜阵列的耦合效果优于等口径耦合效果单透镜。

基于法拉第效应，正交双频光纤激光器已经被证明可用于实现磁场传感。但这种传感器对磁场的灵敏度与激光器初始的拍频频率相关。因此对这种传感器的磁场灵敏度与拍频频率的关系进行了研究。理论和实验结果表明，传感器对磁场的灵敏度与拍频频率间呈非线性关系，并且灵敏度随着拍频频率的减小而增大。该灵敏度存在一个由费尔德常数决定的上限值。对于实验中基于掺铒光纤制备的短腔光纤激光器，通过将初始拍频频率降至2 MHz，获得了激光器对磁场响应的最大灵敏度43 Hz/μT。此外，激光器初始拍频频率与抽运激光的偏振态也有关系。实验表明，通过调谐抽运激光的偏振态，可以动态地调谐传感器对磁场的灵敏度。

提出了一种基于双芯光子晶体光纤(PCF)的具有短长度和超高消光比的偏振分束器，利用全矢量有限元法(FEM)对双芯PCF的耦合特性和偏振分束器的性能进行了数值研究。研究结果表明：增大纤芯间椭圆孔椭圆率、适当提高掺杂折射率可显著降低双芯PCF的耦合长度；基于该双芯PCF设计的偏振分束器在1.55 μm 波长处，长度为0.58 mm时，可以实现x，y 偏振态的分离,消光比达到82.33 dB，消光比高于20 dB的带宽为70 nm，高于10 dB的带宽达到110 nm，覆盖了C+L波段。这为设计具有短长度、高消光比、宽带特性的PCF偏振分束器提供了一种新的结构。

TiO2是一种广泛应用的无机金属氧化物半导体材料，利用掺入杂质来改善TiO2的光催化和光电转换性能已成为近年来研究的热点。采用密度泛函理论体系下第一性原理的平面波超软赝势方法研究了单N 掺杂、单Cu掺杂和N-Cu共掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质。结果表明：N与Cu共掺杂后，由于N2p电子与Cu3d电子协同作用，在TiO2禁带中产生了新的杂质能级。其中一条处于稳态，另一条处于亚稳态，电子跃迁能有效减小，更有利于光生电子-空穴对有效分离，大大改善了TiO2的光催化性能。N 与Cu 共掺杂使TiO2 的光吸收系数曲线在可见光区发生了比单N 掺杂和单Cu掺杂更大的红移，反射率也增大。

通过改变最内层两排空气孔的半径，研究了Ge20Sb15Se65 硫基光子晶体平板波导的宽带慢光特性。利用三维平面波展开法，通过计算得到波导的能带结构、群折射率和色散，并分析了它们与内层空气孔半径大小的关系。同时优化第一层和第二层空气孔的半径大小，得到了群速度色散为零的对称型硫系光子晶体波导结构，并在20%的变化范围内获得大小分别为125、40和18的群折射率，对应通信波长处的带宽分别为1.7、5.6、9.7 nm，并讨论了折射率对光子晶体波导慢光性能的影响。并为高非线性、低色散的宽带慢光硫基光子晶体平板波导器件的设计及制备提供了理论基础。

为了实现光的非互易性传输，在一维光子晶体中插入两个非对称的金属磁性材料缺陷层。插入的金属磁性材料在光子晶体中形成了不对称的磁性微腔。运用适用于磁光材料的传输矩阵方法研究结构的传输特性。由于金属磁性材料破坏时间反转对称，同时非对称微腔结构打破了空间反转对称，使得结构产生了非互易性的传输。随着入射角度的增大，非互易通道的间距也不断增加，并在50°时达到最大值，然后逐渐减小。当外加磁场增大时，非互易通道的间距也随之不断增大并且在某一特定值时达到最大值。最终的结果采用基于有限元法的电磁场仿真软件进行仿真验证。

对磷锗锌晶体光学薄膜激光损伤的机理进行了实验和理论研究。将同一批生长的磷锗锌晶体切割为6 块，并利用相同的工艺对这些晶体进行抛光；对其中4只样品镀制双波段多层增透膜，利用扫描电子显微镜观察这4只样品的光学薄膜形貌，发现薄膜的大部分区域成膜质量较好，但也有小部分区域形成团簇；利用二次离子质谱仪分析了薄膜的组成成分，发现在该薄膜的ZrO2层含有Pt元素；利用波长为2 μm、脉宽为31 ns的固体激光器对磷锗锌晶体样品进行激光损伤阈值测试，得出4只镀膜样品的激光损伤阈值平均值为0.68 J/cm2，其他2只未镀膜样品的损伤阈值平均值为1.1 J/cm2。利用有限元仿真方法计算了杂质作用下薄膜的激光损伤阈值，研究了杂质颗粒的半径和填埋深度对损伤阈值的影响，计算了薄膜的理论激光损伤阈值，证明了Pt杂质颗粒的存在对磷锗锌晶体表面增透膜的激光损伤阈值有很大影响，所以控制该杂质的浓度对提高薄膜的损伤阈值具有重要意义。

基于T矩阵法，计算拉盖尔-高斯光束(LGpl光束)光镊捕获双层球的捕获力。结果表明：随着数值孔径增大，光镊轴向和横向捕获效率最大值和捕获域均增加，数值孔径太小或太大时，光镊轴向和横向捕获效率会减小；球核折射率大于包层折射率时，随包层折射率增加，光镊轴向和横向捕获效率不断增大，球核折射率小于包层折射率时，光镊轴向和横向捕获效率会随包层折射率增加而减小；随LGpl光束的角向节线数(l)增大光镊轴向捕获效率最大值先增加后减小，而随LGpl光束的径向节线数(p)增加轴向捕获效率最大值渐渐减小，曲线逐渐平行于横坐标轴。

提出了一种基于施密特正交化的两步相移算法的改进方法。通过高斯高通滤波器滤除干涉图的直流项，再将两幅滤波后的干涉图的强度进行施密特正交化，并根据两个正交向量的模之间的反正弦关系提取相移量。在两步相移干涉测量中，当两幅干涉图之间的相移量值确定后，可以通过一个反正切函数来恢复待测相位。模拟计算和实验研究的结果表明：与现有的几种两步相移算法相比，所提出的方法不仅可以准确地提取相移量，并且可以快速地恢复待测相位，在相位测量领域具有广泛的应用前景。

对环形抛光法加工大小口径工件面形不一致的问题进行了研究。在0.69 m 环形抛光机上发现，φ100 mm 工件面形微凹时，φ48 mm 工件为峰谷(PV)值0.336 λ(λ = 632.8 nm) 的凸面形。利用Winkler假定和Preston方程对工件的面形进行了研究，发现倾覆力矩是引起面形不一致的主要原因。对于圆形工件的理论计算结果表明，当工件和抛光盘之间的摩擦系数与分离器对工件的作用力合力的高度的乘积大于工件直径0.125 倍时，工件将会变凸。对工件进行了加压、润滑和降低工件支撑位置等实验，发现加压不能改善工件面形一致性；在抛光液中添加润滑剂后一致性有了一定的改善，φ48 mm 工件PV 值降为0.128 λ ；而降低工件支持位置后，大小口径工件面形不一致性问题得到了解决，φ48 mm 工件PV 值降为0.058 λ ，且变为微凹面。此结果表明抛光盘与工件的摩擦系数不能太大，且分离器对工件的支持位置应尽量靠进盘面。

针对平面和凹面反射式光栅型光谱仪分光光路(SLP)，存在像差大、谱面平直度差和衍射效率不高等不足，设计了一套基于体相位全息透射式(VPHT)光栅的分光光路。在理论探讨的基础上通过数值仿真模拟了VPHT光栅的衍射效率情况；为了充分验证所设计光路的可行性，实验中通过光谱定标验证了光路的光谱分辨率优于2 nm，通过最小二乘线性拟合算法得到定标波长与对应探测像元的校准关系式，对635 nm 波长采用多次测量取平均值，测试结果表明波长绝对误差为0.37 nm，整个定标波长点的均方根误差(RMSE)为0.3 nm；另外，使用了多项式拟合算法建立了200~800 nm 光谱范围内的波长偏移量与对应衍射波长的关系式，能较好地解决分光光路中波长校正的问题。

波长扫描激光器是光纤传感和光学相干层析技术中的关键部件，其动态输出光谱特性决定了传感与成像系统的分辨率水平。采用改进的外差法和电光调制器(EOM)法对自制的波长扫描激光器的输出光谱进行动态测量，得到光谱线宽(反映光源的相干性)及其与波长扫描频率的关系。结果表明，输出光谱线宽随着波长扫描频率增大而增加，EOM 法比外差法测得的光谱线宽略大，波长扫描频率为60 kHz时,外差法测量激光器输出光谱线宽在4.9 pm，EOM 法测得为37 pm。<作者>

研究水下舰船尾流形成初期相干光探测干涉图像的特性及不同水体条件下干涉图像的变化情况，仿真不同退偏情况下的干涉图像。基于Monte Carlo方法建立了气泡群散射的仿真模型，分析气泡群多重散射的强度特性并模拟前向及后向接收屏的光强分布情况。搭建马赫-曾德尔干涉光路进行水下舰船尾流气泡的相干探测实验，验证了理论和模拟的准确性。结果表明，设计的光路可以测量该实验条件下尾流前向散射光的干涉图，不同水环境下干涉图的光强和对比度具有很大的差异，可以通过对干涉图的直接处理来进行水环境的区分。利用干涉法进行尾流区域判断，为尾流区域的探测提供了一个新的思路。

盖革模式雪崩光电二极管阵列(G-APDs)是近年来新兴的弱光探测器件。基于盖革模式APD 探测概率的分析，利用卫星激光测距系统的仿真结果，对G-APDs的卫星激光测距系统进行研究。在回波强度为单光子量级、仅考虑探测器暗计数噪声的情况下，相对于单元探测的单光子探测器，采用阵列探测器能够有效的增加回波信号的探测点数；在同样噪声的情况下，回波强度为多光子时，采用阵列探测器能够减少盖革模式探测器探测概率的极大值相对回波光电子数极大值的漂移量；在回波强度为单光子量级，同时考虑天空背景噪声和探测器暗计数噪声时，采用阵列探测器能够有效降低噪声对信号回波的淹没效应。

针对传统方法抛光高功率激光实验中使用的长焦距列阵透镜单元遇到的检测困难、一致性差等问题，提出了采用环形抛光的新方法。对环形抛光系统的理论分析表明，抛光盘面形可以稳定在球面状态。利用这种特性，环形抛光法可以抛光小曲率球面。阐述了抛光盘面形的调节方法。利用0.69 m 环形抛光机对口径45 mm、曲率半径57207 mm 的列阵透镜单元进行了抛光，结果表明面形精度和一致性均优于平面摆动式抛光法。最后对环形抛光机可抛光的球面曲率半径范围进行了探讨，发现盘面尺寸越小球面抛光能力越强，直径0.8 m 的盘面可抛光的曲率半径可低至10 m。

为了进一步提高相位调制型表面等离子体共振(SPR)测量技术的分辨率，从相差信号解调算法方面进行了优化。基于马赫-曾德尔干涉仪结构的相位调制SPR 系统中，携带传感信息的p光干涉信号与进行参考的s光干涉信号间存在着相位差。使用光电探测器和数据采集卡将两路干涉光信号采集到PC 机，再结合数学计算理论和信号处理原理，最终通过设定逻辑条件选取出较理想的波形、运用锁相的思想对参与解调的光信号进行锁定、利用信号处理原理对2路光信号进行相应的处理，分析了2路干涉光在同一时刻的相位差异。基于该相差信号解调算法，一段时间内相位差异的起伏为0.006° ，实现了4.7×10-7RIU(RIU 表示单位折射率)分辨率的折射率测量。

随着千赫兹(kHz)卫星激光测距技术的发展，高精度、高重频的卫星测距数据为卫星自转速率的研究奠定了基础。基于中国科学院云南天文台kHz卫星激光测距系统的卫星实测数据，分析了AJISAI卫星的自转情况。利用正交最小二乘法对原始观测数据进行了预处理，然后利用频谱分析的方法获得了AJISAI卫星实测数据的频谱图，结合AJISAI卫星角反射器面板的排列规律，分析得出2014年4月AJISAI卫星自转的速率约为0.4382 Hz，利用国内的测距数据得到了地球动力学卫星的自转速率。该方法可以推广到对其他类似激光卫星自转速率进行测定，同时为高精度卫星自转模型的建立提供了基础条件。

针对定量评估大气湍流对近海激光通信影响的问题，提出了基于对850 nm 和1550 nm 波段激光光斑同步采集的大气折射率结构常数测量方案。采用现场可编程门阵列(FPGA)+多核数字信号处理器(DSP)架构的实时图像处理系统实现目标中心位置的提取与目标灰度和的统计，进而得到激光自发射端至接收端的到达角起伏方差和闪烁指数。将两个不同波段的同步采集结果分别代入已有的大气折射率结构常数计算模型中，比较同一模型不同波段所得结果的相似性，并对相应模型中的参数进行修正，使同一时刻及环境的两种波段条件下，经修正模型计算得到的大气折射率结构常数相对稳定可靠。实验结果表明，采用改进模型对大气折射率结构常数进行计算，所得结果相似度不低于80%，可作为定量评估大气湍流对近海激光通信影响的重要参数。

氧气吸收率是利用氧气A 吸收带进行被动测距技术计算的核心，为研究冬季极端天气条件对目标氧气吸收率计算及测距精度的影响，在降雪和雾霾天气条件下进行了被动测距实验。采用1000 W 卤钨灯作为目标光源，分辨率为1 nm 的高光谱成像仪作为测量设备，对水平方向距离550 m 处的卤钨灯进行了测距实验。利用相关K 分布法建立的氧气吸收率与路径的关系模型及实验测得的目标氧气吸收率，解算了目标距离。结果表明：冬季极端天气影响目标氧气吸收率的测量精度，导致利用所建模型解算的距离与真实距离误差大；通过背景消除后，测距误差变小，雾霾天气测距误差为8.36%，降雪天气测距误差为5.45%。背景消除可以提高目标氧气吸收率的测量精度，进而提高冬季极端天气条件下的测距精度。

采用飞秒激光诱导击穿光谱(fs-LIBS)技术研究了铜铝合金溅射薄膜的时间分辨等离子体光谱特性。测量了0~1000 ns延时和100~1000 ns门宽条件下薄膜的激光诱导击穿光谱(LIBS)，分析了Al I 396.2 nm 谱线的Stark展宽情况，采用定标曲线和自由定标方法对铜铝合金溅射薄膜进行了定量成分分析，并比较了其与靶材成分之间的差异。结合同步瞬态反射率测试对薄膜进行了深度剖析，单脉冲平均取样深度约为90 nm。

为了实现对中国白酒品牌的有效鉴别，在比较了不同品牌白酒三维荧光光谱特性的基础上，采用平行因子方法(PARAFAC)结合遗传算法(GA)获得训练样本和测试样本的浓度得分。同时利用支持向量机(SVM)方法建立中国白酒的鉴别模型，预测准确率为97.5%。PARAFAC 分解得到的三个组分的浓度得分，在一定程度上反映了品牌之间的差异。PARAFAC与GA算法的有效结合为未知样本的鉴别提供了一种快速准确的方法。研究结果表明，PARAFAC-GASVM的鉴别模型具有更强的预测能力，该方法能够有效提取白酒的特征光谱信息，同时又大大降低了SVM 输入变量的维数。研究结果为中国白酒的鉴别提供了一种新的思路。

为了降低离轴三反光学系统加工和装调难度，提出了一种无遮拦的两反射镜三反射光学系统。将传统的离轴三反射光学系统中的主镜和三镜改进为一块非球面反射镜，即用一块镜面实现两镜的设计，这既能够降低光学加工的复杂度，同时也减少了装调的难度。根据三反射系统像差设计理论，推导出同轴两反射镜三反射系统的初始结构参数计算公式，得出了适用于该系统的求解方程组。设计了焦距1000 mm，F 数为10，全视场2°×0.4°，无中心遮拦的离轴两镜三反射系统，两反射镜面型均为二次曲面。从调制传递函数、点列图、衍射能量分布图可以看出，系统成像质量好，能量比较集中。整体系统体积小、结构简单，重量轻。

光开关是实现多光路电子切换器件的重要组成元件。提出一种基于液体棱镜的光开关，该光开关由一个液体棱镜与一个双孔挡光板组成。初始状态下，液-液界面为凸面形状,入射光经过液体棱镜后会聚到挡光板中央，被挡光板阻挡反射吸收，表现为光关状态。当把电压施加在液体棱镜单侧时，为光开状态。并且当在两侧同时施加电压时，液-液界面形变为凹面形状，入射光束发生发散，此时表现为同时光开状态。实验结果表明，该器件在自适应液体光开关中具有较快的响应时间(上升时间：~85 ms；下降时间：~140 ms)以及较高的光衰减度(~965∶1)特性。提出的光开关在光阀、可调光衰减器以及光路由器等方面有着潜在的应用价值。

声光滤波技术作为一种新的分光手段在光谱成像等领域有着广阔的应用前景。高性能声光滤波器的设计与制作是声光滤波技术的核心关键。从声光相互作用的基本理论出发，研究了声光作用过程中动量失配量对声光滤波器衍射效率的影响。并进一步分析了声光滤波器的角孔径以及衍射线宽的变化规律。研究结果表明，声光滤波器的调谐关系随入射光角度的变化而变，在确定入射光角度的情况下，衍射光波长和超声波频率一一对应。另外，随着入射光角度的变化，衍射光的波长发生变化的同时，其线宽以及角孔径发生明显变化，通过调整入射光的角度可以相应改变衍射光的线宽，实现窄带的声光滤波，提高声光滤波器的光谱分辨本领，也可以调整入射光的角度获得较大的角孔径，提高滤波器的集光能力。理论的计算结果与实验结果符合的较好。研究结果对高性能声光滤波器的设计提供有意义的借鉴和参考，并推动声光滤波技术更广泛应用。