生物组织对光的散射使得光束通过透镜后无法在组织的深层(大于1 mm 处)聚焦，制约了需要光能聚焦的成像技术(如共聚焦显微、双光子显微)在生物医学领域的应用。为了抑制生物组织的散射效应，将光聚焦到深层组织，需要对入射光的波前进行调制。基于此要求，以下三种光学聚焦技术得以提出并发展：用待聚焦区的光强作为反馈信号的波前整形技术；将声光调制和时间反演(或光学相位共轭)技术相结合进而在散射介质内部实现光学聚焦的技术；对散射介质传输矩阵进行测量的光学聚焦技术。本文对上述光学聚焦技术的研究进展进行了综述，比较并展望了其在生物医学领域中的应用前景。

在强激光与水介质作用过程中，等离子体和冲击波的形成机理是人们关心的主要问题之一。采用双脉冲激光纹影摄影法，获得了强激光作用时水中的冲击波流场图形，建立了激光与水作用两相流计算模型，建模时考虑了激光吸收，水体汽化、等离子体形成和膨胀等过程。对强激光作用水体形成冲击波的过程进行了数值模拟计算，获得了与实验相符的计算结果。进一步分析了激光诱导等离子体冲击波的传播特性，并与经典理论模型结果进行了比较。研究结果表明，在激光作用下，水中等离子体快速膨胀形成的冲击波传播初始速度高达上千米每秒，压力约为十几吉帕，随后冲击波的速度和压力迅速衰减，1 μs后衰减到声波速度。

采用自制的795 nm 连续单频可调谐钛宝石激光器抽运周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体，通过外腔谐振倍频技术获得了功率为103 mW，倍频转换效率为39.6%、光束质量因子M2<1.43 的397.5 nm 紫光输出；与角度匹配的三硼酸铋(BIBO)晶体内腔倍频情况相比，紫光与光学参量放大器(OPA)的模式匹配效率由76%提高到了99%以上。同时，在平衡零拍探测系统中，通过在本底光光路中插入与OPA 腔型相同的模式清洁器，使得本底光与信号光的空间模式完全相同，从而将两束光的干涉效率提高到了99%以上，提高了平衡零拍系统的探测效率。通过对自制的795 nm 和397.5 nm 单频激光系统的优化设计，使该光源满足了小型化795 nm 连续变量压缩源样机研制的要求。

报道了一个基于类噪声脉冲抽运的高功率全光纤结构的中红外超连续谱光源。利用非线性环镜锁模技术，在1966 nm 处实现类噪声脉冲激光输出，3 dB 光谱宽度为11 nm，脉冲包络宽度为1.4 ns，重复频率为3.36 MHz。将该纳秒类噪声脉冲作为两级单模掺铥光纤放大器的种子源进行功率放大。在此过程中，类噪声脉冲的最大输出功率可达28.5 W，相应的光谱范围为1.9~2.4 μm。最后将放大的类噪声脉冲耦合到一段10 m 长的氟锆酸盐ZBLAN 光纤中，实现光谱的进一步展宽。此时，ZBLAN 光纤的最大输出功率为14.3 W, 相应的光谱范围为1.9~3.62 μm。

为实现多束超短脉冲束间同步状态的诊断，提出并验证了一种用于多束超短脉冲相干合成的束间同步诊断技术方案。以两束皮秒量级的超短脉冲为例，采用了时分复用的方法。首先，基于互相关的方法来实现两束超短脉冲之间的时间同步，然后在时间同步范围内，通过调节光束之间的相位差，并同步监测远场上焦斑干涉图样的变化来实现两束超短脉冲之间的相位同步。在该方案中，时间同步调节模块的调节精度为6.7 fs，调节范围为333 ps；相位同步调节模块的调节精度为0.007 π，调节范围为150 π。实验结果表明，基于该诊断技术方案，能够实现两束超短脉冲间的束间同步状态的诊断。

报道了一种基于被动调Q Nd∶YAG 微片结构的主振荡功率放大和Nd∶YVO4板条多程放大的激光器。主振荡级采用Nd∶YAG/Cr4+∶YAG 被动调Q 微片激光器，在重复频率为1 kHz时，输出单脉冲能量为82 μJ 、脉冲宽度为1 ns的近衍射极限的激光输出。为了实现信号光在Nd∶YVO4中获得5 次放大，设计采用了多程往返光路。得到最大单脉冲能量为2.3 mJ ，脉宽为1 ns 的激光输出，峰值功率大于2 MW ，光束质量M2 因子为M 2x = 2.48 和M 2y = 1.24 。该激光器结构简单、紧凑，采用传导冷却进行散热，适用于空间激光，在15 ℃~32 ℃的范围内，输出能量波动小于4%。

介绍了空间激光冷却原子钟地面原理样机的实验进展。该样机是以在空间微重力条件下应用为目标而研制的超高精度激光冷却铷原子钟，主要由物理单元、光学单元、微波单元和控制单元四个部分组成。该原理样机已经成功研制了空间冷原子钟所需要的超高真空系统、激光冷却光学平台、高性能微波源以及微波环形腔，实现了全过程自动运行，并获得了在地面重力条件下标志原子钟信号精度的Ramsey 条纹，确定了高精度空间冷原子钟的主要科学参数和技术指标，为进一步空间工程应用奠定了科学和技术基础。

从被动调Q 四能级激光器的速率方程出发，通过引入光学参量振荡(OPO)有效转换截面的概念，建立被动调Q 单谐振内腔光学参量振荡器(IOPO)的理论模型。推导考虑晶体吸收、走离效应、模式匹配等参数的单谐振IOPO增益表达式以及有效转换截面表达式。利用Runge-Kutta 法数值模拟IOPO 的动力学特性，讨论信号光脉冲的建立过程，分析耦合输出镜的信号光反射率对抽运光和信号光间的能量转换过程以及信号光脉冲的建立时间和脉冲宽度的影响，结果表明，信号光反射率存在一个最优值为0.85。将模拟结果和实验结果进行比较，两者的吻合度较好。对理解被动调Q 单谐振IOPO 的工作机理及IOPO 系统的优化设计提供理论依据。

激光驱动微纳器件为微机械领域中驱动微齿轮提供了一种新型的驱动方式。偏振光束的自旋角动量向晶体微粒传递可使其旋转，基于晶体波动光学理论分析了影响其旋转频率的各种因素(如微粒的厚度和半径；晶体光轴与晶面的夹角；光束在晶面的反射率和透射率、光束振幅比和位相差、激光功率)，并推导出晶体微粒的旋转角速度的解析公式。为验证理论结果，在光镊平台上实现了碳酸钙晶体微粒的定位操控和旋转。所得实验值整体比理论值小是由于实际作用在粒子上的的激光有效功率比实验测量值要偏小；结合理论模拟与实验结果对比分析得知：碳酸钙晶体微粒的旋转角速度与激光功率成正比、与晶体微粒半径的三次方成反比、与微粒厚度成周期性变化规律。依此为提高微机械转子的旋转频率进行优化设计：选择CaCO3晶体微粒作为微机械转子较为合适，CaCO3晶体微粒的半径和厚度均取为1~3 μm 。

报道了一种非保偏光纤放大器自适应偏振转换系统，可以将非保偏光转换为线偏光。结合非保偏光纤放大器中的偏振演化机理以及偏振控制器的原理，建立了非保偏光纤放大器中自适应偏振转换的数学模型，分析了不同条件下输出消光比的变化。根据理论优化参数，采用基于并行梯度下降优化算法(SPGD)的自适应偏振转换手段对非保偏光纤放大器的偏振分量进行优化控制，使非保偏光纤放大器输出的消光比达到16.7 dB。

研制开发了一种基于TMS320F28069 嵌入式DSP 控制模板的高精度数字温度控制系统，该系统结合变速积分PID 控制算法，利用高分辨率脉宽调制(HRPWM)技术，控制热电制冷器(TEC)的驱动电流。针对热敏电阻在高温和低温时温度系数的区别，采用了不同方式的温度检测电路。该系统同时含有三路独立的常温控温模块，在10 ℃~40 ℃温控精度为±0.0045 ℃，一路高温控温模块，在120 ℃~160 ℃温控精度为±0.005 ℃。将该系统用于控制全固态连续单频绿光激光器，在输出功率高达11.07 W 时功率波动仅为±0.33%。

开发了神光III主机装置上的背向散射诊断技术。采用非球面金属镜配空间滤波器的方式将倍频晶体返回的杂散光滤除，采用矩形小孔将楔形打靶透镜带来的宽光谱色散影响消除，采用大光斑配白光标定的方式获得整个背向散射系统的谱透射率，最终可实现定量化的背向散射光能量诊断。通过适当的光路设计，可实现背向散射受激布里渊散射光(SBS)和受激拉曼散射光(SRS)的光谱和时间过程测量。通过已有的实验数据可知，该技术已经初步具备了这方面的能力。

以Ti和h-BN 为原料，在不同配比(Ti与BN 物质的量比分别为16∶1, 8∶1, 4∶1)的情况下，采用激光熔覆的方法在Ti-3Al-2V 的表面原位合成TiB/TiN 复合强化涂层，利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和透射电子显微镜(TEM)分析涂层显微组织结构，采用硬度和摩擦实验检测涂层物理性能。检测结果表明：1) B 元素的含量对涂层显微结构和分布状态有重要影响；2) 当熔池中B 元素满足形成TiB 的浓度时发生形核与生长，TiB 优先沿着TiN 晶粒晶界处形核和生长；3) 随着BN 含量的增加，熔覆层的显微硬度与耐摩擦性能增加，最大的硬度达到基体的5倍，单位时间内熔覆层的摩擦损失量不到基体磨损量的一半。

为了研究超高应变速率激光冲击对AZ31 镁合金温成形性能的影响，采用钕玻璃脉冲激光器(脉冲宽度为20 ns，激光功率密度为1.53 GW/cm2)进行AZ31 镁合金薄板室温激光冲击成形(LSF)和200 ℃时激光冲击温成形(WLSF)实验研究及模拟分析。结果表明：AZ31 交叉轧制薄板具有良好的超高应变速率WLSF 能力，可实现温成形和改性双重效应，表层形成高幅残余压应力和高密度位错，WLSF 表面比LSF 具有更稳定的残余压应力，超高应变速率激光冲击和动态再结晶可能是纳米晶形成的主要原因，并分析LSF 和WLSF 试样表面形貌和粗糙度以及表面残余应力分布。

烘烤炉高温烧结固化是传统的聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙稀(FEP)、聚全氟代烷氧基聚合物(PFA)涂层制备工艺。针对传统工艺的诸多缺陷，提出激光辐照固化技术。在室温空气条件下，利用1070 nm 连续光纤激光辐照系统取代原有高温烘烤固化工艺来制备三种氟聚合物涂层。同时，通过控制激光扫描路径，制备出图形化的PTFE、FEP、PFA 氟聚合物涂层，得出制备三种涂层的最佳工艺参数。分析发现制备机理是利用激光的热效应，使三种涂层膜处于熔融状态，发生交联固化而成。

轧辊激光毛化技术作为一种最新的轧辊毛化方法，具有广泛的应用前景。但由于加工方法的限制，目前的激光毛化技术产生的轧辊表面毛化点分布成一个周期性各向异性的分布，导致最后轧制的毛化冷轧薄钢板效果不理想。提出了一种可以产生随机频率随机能量激光的光纤激光控制方法，此方法通过一个高效的随机数算法产生一个随机频率和随机占空比的脉冲宽度调制信号控制激光器输出特定波形的激光进行毛化加工，能够使得毛化轧辊表面产生随机无序分布的毛化花纹，最终轧制的毛化冷轧薄钢板能够满足表面各向同性亚光的要求，并且还能够提高加工效率，基于该方法的毛化加工设备已在实际生产中得到应用并且取得良好效果。

以Abaqus软件为平台，开发了用于模拟激光熔覆过程温度场和应力场的非线性有限元计算方法。根据激光熔覆过程的特点，通过开发Abaqus用户子程序建立了相应的移动热源模型。利用开发的计算方法，对激光单道单层熔覆、单道双层熔覆和单道十层熔覆过程的温度场和应力场进行了数值模拟。基于数值模拟结果，对激光熔覆的温度场特征和焊接应力的演化过程进行了探究。数值模拟得到的温度-应力演化过程结果将有助于理解激光熔覆过程中冶金缺陷(如热裂纹)的形成机理和提出相应的防止对策。

在考虑裂纹闭合效应及熔覆残余拉应力对疲劳损伤影响的情况下，对Chaboche 提出的非线性连续疲劳累积损伤模型进行了修正，得到了激光熔覆试件疲劳寿命评估模型，并由激光熔覆试件对称循环拉压疲劳试验、静拉伸试验、残余拉应力检测等试验数据得出了修正模型的相关参数。通过二级加载(高低加载和低高加载)拉压疲劳试验对寿命评估模型进行了验证，结果表明模型计算值和试验值吻合良好，证明修正后的模型能够准确预测激光熔覆试件的疲劳寿命。

因残余应力导致的翘曲变形是激光选区熔化(SLM)技术亟待解决的关键性技术问题。以两组相同规格的长方体试样为研究对象，基于熔池监测系统采集SLM 成形过程中的熔池数据，对试样翘曲变形和无变形情况下的熔池状态差异进行了对比，从熔池角度分析了翘曲变形的产生机理和具体变形阶段，研究了翘曲变形情况下熔池的变化规律。试验结果表明，试样的翘曲变形产生于成形初始阶段。同时，翘曲变形情况下试样成形层的熔池面积减小，熔池光强增加，通过监测熔池的变化状态可以判断SLM 成形过程中试样是否产生了变形。

实验上系统地研究了10 mm 厚GH909低膨胀高温合金窄间隙激光-熔化极气体保护焊(MIG)复合焊接过程中焊接参数对焊缝形貌的影响。结果表明，当采用10°坡口角度，0.7 mm 钝边宽度的坡口尺寸时，焊缝成形较优良；焊缝熔宽会随着焊接速度的增大而减小；光丝间距影响了两种热源的耦合机制，在本次试验条件下，实现最优激光-电弧协同效应的光丝间距为1 mm；适当地增大焊接间隙会提高焊缝的熔深。实验中，在优化的焊接工艺参数下获得了良好的，无明显缺陷的焊缝成形。靠近热影响区的焊缝晶粒垂直熔合线向焊缝中心生长，在焊缝中心相互接触抑制形成柱状晶间。

利用ABAQUS 模拟2024铝制圆杆经激光冲击后的动态响应，研究了激光诱导的应力波沿纵向和横向的衰减特性，讨论了杆径对应力波峰值随传播距离衰减的影响，对比分析了杆径对残余应力场的影响。结果表明: 强激光诱导的应力波峰值在圆杆中沿纵向和横向均随传播距离的增大而逐渐减小，同时波形出现“弥散”现象。应力波峰值的衰减速度呈先快后慢的趋势。随着杆径增大，圆杆内部的残余应力场逐渐趋于均匀，残余压应力层深度增大并趋于饱和。

为了研究冷轧复相钢和低合金高强钢(HSLA)差厚板的拼焊性能，采用10 kW 级光纤激光器，改变激光功率和焊接速度进行拼焊实验。针对焊缝成形、金相组织、接头硬度、拉伸强度和成形性能进行一系列测试实验。结果表明，冷轧复相钢和低合金高强钢光纤激光拼焊可以得到成形良好的焊缝。焊缝组织以板条马氏体树枝晶为主，复相钢热影响区分为回火软化区、细晶等轴马氏体区和粗晶等轴马氏体区以及混合区等。拉伸试样断裂位置均位于低合金高强钢母材，焊缝杯突裂纹均位于薄板一侧并平行于焊缝。实验结果为冷轧复相钢和低合金高强钢差厚板激光拼焊提供一定的工艺和理论指导。

为了实现光信号的离轴旋转连接，设计了一种新型的离轴旋转光纤传输系统。基于高斯光束传播理论，分析了大口径光纤准直器对高斯光束的扩束准直作用，利用ZEMAX 对准直器的结构和输出光束特性进行了优化。对离轴旋转光纤传输系统进行了实验测量，结果表明大口径光纤准直器输出光束在50 mm 的工作距离处能量分布满足高斯型，其束腰半径达到18 mm，远场发散角仅为5.48×10-2 mrad，在1.25 Gb/s 的信号传输速率及80 r/min 的转速下，系统的最大连接损耗为23.28 dB，整体性能满足了旋转部件之间稳定传输高速光信号的要求。

介绍了一种应用于光纤时频传递秒脉冲信号(1PPS)调制的马赫-曾德尔调制器(MZM)偏置点反馈控制系统。本系统将电光调制器的偏置点设置在传输曲线的最小值点(Null)和正斜率正交点(Quad+)之间的线性区域，利用光电二极管(PIN)探测输出1PPS信号的低电平电压的波动来检测偏置点的漂移。对测量到的电压信号进行数字处理后通过控制偏置点反馈系统来稳定调制器的偏置点。对反馈控制理论进行了原理推导，并与基于微扰理论的商用偏置点稳定系统进行了对比实验。实验证明该系统可以避免微扰信号对1PPS传输稳定性的影响，传递性能优于商用偏置点稳定系统。实验结果表明，1PPS 传递时延波动的峰峰值为174 ps，均方根值(RMS)为18 ps，在平均时间为104 s时，1PPS的时间阿伦方差(TDEV)下降到1.7 ps。

设计了一种三角形微结构光纤，利用全矢量有限元法对其模式特性进行了研究，发现此类光纤具有C3v 对称性，共支持4 类模式，基模为简并模式。对归一化空气孔直径d/Λ=0.986 不变，空气孔直径d 从10 μm 增大至16 μm时和d=14 μm 不变，d/Λ分别为0.946，0.966，0.986 时，光纤基模的色散特性和基模相位失配特性进行了研究。发现抽运光不变时，光纤结构参数的改变对斯托克斯波位置影响较大，但是反斯托克斯波长位置基本保持不变。利用中心波长为850 nm 的飞秒激光抽运自制的双包层微结构光纤的外包层，进行了四波混频的实验研究，分别在1859 nm 和551 nm 处得到了斯托克斯和反斯托克斯信号，其中反斯托克斯波位置与理论计算结果仅相差3 nm，强度与剩余抽运波强度比值达到73。

马赫-曾德尔调制器的工作特性随温度变化等环境因素影响严重，因此需要设计专用的偏置电压控制电路。利用扰动输入和谐波探测相结合的偏置电压控制方案是一种比较好的解决方案，但传统的控制架构在面对大调制信号输入时，往往会出现锁定点严重漂移的现象。首先对谐波产生的机制的进行了理论建模，然后对传统的谐波检测架构进行了分析，发现大信号调制下的以往谐波分量计算公式以不再适用，必须加以改进，因此在改进谐波计算公式的基础上，提出了一种新的可用于大信号调制下的偏置点控制技术，并研制了相应的驱动电路，对电路的偏置点控制测试结果发现，提出的方案偏置点的控制精度在1°以内，可以很好地满足大调制信号输入的应用需求。

提出了一种基于模间干涉原理的双空气孔保偏光子晶体光纤弯曲传感方法。采用有限差分光束传播法对保偏光子晶体光纤弯曲传输特性进行了仿真研究，给出了在弯曲调制时两个低阶偏振模干涉产生的双边瓣归一化光强与弯曲半径的关系，讨论了波长变化对弯曲传感灵敏度的影响，并对所设计的弯曲传感器进行了实验研究。研究结果表明：基于模间干涉技术的双空气孔光子晶体保偏光纤弯曲传感器在10~30 mm 的弯曲半径范围内具有良好的线性度和检测精度。

地球同步卫星(GEO)激光通信系统的光学天线暴露在卫星外部，太阳辐射会对光学天线产生严重的影响，造成可通率下降，尤其阳光直接照射天线主镜时系统必须采取规避措施，影响更加严重。采用遮光罩可以改善太阳热效应对光学天线的影响，但受尺寸等限制，其效果有限。根据GEO 对地激光通信系统的结构和环境特点，分析太阳对光学天线主镜的辐照情况，设计一种在传统圆筒遮光罩内部增加栅板的改进型遮光罩，减小太阳光的直射角度范围。结合热控设计，对系统在太阳辐照环境下天线光学元件的温度变化情况及可通率进行仿真分析。分析表明采用改进型遮光罩后，系统的可通率由采用传统遮光罩时的93%提高到99.5%，基本达到全天时工作，极大地减小了系统的不可通时间，提高了链路的可用性。

利用光纤激光研究了环形激光束的形成原理，并利用环形激光束实现了高分子材料的超高速焊接。试验结果表明，随着准直镜焦距的增加，环形激光束的外径不变，内径减小，环形激光束的光环宽度增加；随着第一枚圆锥透镜和第二枚圆锥透镜的间距L12增加，环形激光束的内径和外径同时增加，而环形激光束的光环宽度几乎不变；通过准直镜、第一枚圆锥透镜及第二枚圆锥透镜的同轴性调节，可获得能量密度分布均匀的环形激光束；利用外部直径为54 mm、内部直径为47 mm 及宽度为3.5 mm 的环形激光束，对厚度为(2+1) mm 的高分子材料搭接接头实现了超高速焊接。当试验压力为100 N，激光输出功率为800 W，焊接时间为0.6 s 时，高分子材料焊接接头拉伸剪切性能与母材相同，其拉伸剪切断口位于母材(TPV-弹性体)上。

提出脉冲激光修锐青铜结合剂砂轮过程中存在相爆炸现象，分析了相爆炸对激光修锐产生的不利影响，并对相爆炸进行理论研究，为激光修锐青铜金刚石砂轮提供理论指导。开展相关实验，研究相爆炸发生时的激光工艺参数范围，采用高速相机对激光修锐过程的相爆炸进行观测，并采用超景深三维显微系统观察修锐后青铜金刚石砂轮地形地貌与青铜轮表面质量，得出激光修锐青铜结合剂砂轮要避免相爆炸发生，使得磨粒突出结合剂周边有容屑空间。优化相关条件下激光修锐青铜金刚石的工艺参数，并获得较理想的修锐效果。

采用高能脉冲激光束对AZ31 镁合金进行激光冲击强化(LSP)处理，利用UMT-2 摩擦磨损试验机对试样进行磨损实验，通过分析磨痕表面和磨屑形貌及磨屑能谱，得出LSP 技术可提高AZ31 镁合金的耐磨性能。在相同条件下，LSP AZ31 镁合金摩擦系数和磨损量均比未冲击试样小，且磨屑更为细小，表明LSP 对AZ31 镁合金摩擦磨损性能有一定的改善效果。另外，AZ31镁合金经过LSP后，磨损机理由以剥落磨损为主转变为以磨粒磨损为主。

飞秒激光的低热输入、极小热影响区的特点使其在微纳米尺度材料连接领域有明显的优势。为了将石英玻璃与硅可靠地连接在一起，使用功率为4~30 mW，频率为1 kHz，波长为800 nm 的飞秒激光对石英玻璃与硅进行连接，测试了接头的剪切强度，对接头横截面进行腐蚀处理，观察截面，分析了接头断裂前后的形貌特征，研究了激光参数，如激光功率、扫描速度、聚焦物镜的数值孔径以及离焦量对接头强度的影响规律。实验结果表明，根据焊接工艺的不同，接头强度分布在7~54 MPa之间。将激光准确定位到界面处，在合适的激光功率和扫描速度下可以降低焊缝缺陷，得到剪切强度较高的接头。

采用激光熔覆技术在纯铜表面制备Cr3Si+γ-Ni+Ni2Si(45Ni-26Cr-29Si)和Ni16Cr6Si7+Ni2Si(60Ni-10Cr-30Si)(原子数分数，%)两种Ni 基硅化物涂层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、分析涂层不同的组织结构以及其形成原因。测试涂层的室温摩擦磨损性能。结果表明：组织为Cr3Si+γ-Ni+Ni2Si的涂层，平均硬度为1000 HV，500 g 载荷下压痕边角出现裂纹，平均摩擦系数为0.5；组织为Ni16Cr6Si7+Ni2Si 的涂层，平均硬度为900 HV；1000 g载荷下压痕边角没有裂纹产生，韧性较好，平均摩擦系数为0.5。

研究了掺钕磷酸盐激光玻璃主要组成元素在短期水解过程中各自水解浓度的变化，特别是探索了表面结构的光电子能谱表征。作为主要形成体的磷元素，与其他主要修饰体锂、钾、钡等元素类似，具有同样量级的水解速率和逐渐趋于饱和的水解规律。而可能作为形成体和/或修饰体的铝元素，无论是玻璃体还是粉体的表面水解，均表现出一定程度的非单调性质。根据水解后光电子能谱的测定，铝的结合能峰反映出它是同时作为形成体和修饰体存在于掺钕磷酸盐激光玻璃中，并且在短期水解过程中形成体的铝将转变为修饰体的铝。这个结构特点很可能与铝所表现出来的非单调水解性质有关，并且可能是加入氧化铝能够增强磷酸盐玻璃耐水性的一个主要原因。

最小空间周期是连续位相板(CPP)设计和加工过程中的重要特征参数。根据惯性约束聚变大型激光驱动装置的需求，建立不同空间周期的CPP设计与分析方法，研究了不同最小空间周期对磁流变加工和焦斑性能的影响。结果表明，磁流变加工的去除函数尺寸直接与CPP的最小空间周期成线性关系，而加工去除量与最小空间周期的平方根成线性关系，最小周期越大，加工越容易，但加工量越大；焦斑整形性能受最小空间周期的影响小，能量集中度差异小于0.2%，但焦斑顶部均匀性随着最小空间周期变小而变好，5 mm 最小周期CPP的焦斑顶部不均匀比15 mm 的CPP小3.5%。因此，设计时应尽量减小最小空间周期，但选取的最小空间周期不能大于加工设备的约束条件。

为了克服遥感相机分辨力受电荷耦合器件(CCD)像元尺寸的限制，利用系统超过奈奎斯特频率地物信息的成像能力，研制了在线阵方向和推扫方向同时错位半个像元的双线阵CCD 相机高分辨成像系统，给出了该系统提高分辨力的原理。高分辨模式下，为避免均值法插值造成的拉链效应，提出了一种基于综合梯度因子判断插值方向的单向插值法；超分辨模式下，利用现场可编程阵列(FPGA)片上随机存取存储器(RAM)对图像进行交错重组实时输出高分辨率图像。利用Wiener 滤波的方法对高分辨率图像进行复原，使两种成像模式输出图像的灰度平均梯度(GMG)分别提升62.5%和78.3%。实验表明，所提出插值算法使图像边缘清晰完整，插值效果优于均值法，且易于硬件实现；两种成像模式均可降低图像频率混叠现象，分别提高1.16 倍和1.6 倍系统分辨力，错位采样技术实现了系统高频信息成像能力的有效利用及高分辨成像。

双峰分布数据的反演是动态光散射中的难点，在双峰分布数据反演中经常采用Tikhonov正则化方法，但不同正则矩阵对反演结果的影响还不明确。分别采用单位矩阵L1、一阶差分矩阵L2、二阶差分矩阵L3，在6种噪声水平下，对两种双峰分布颗粒进行了反演研究，模拟数据表明：随着噪声水平的增加，双峰分辨力下降，光强比越接近、颗粒越大，算法抗干扰能力越强；在同等噪声情况下，矩阵L3的双峰分辨力最好、反演误差最小，L1双峰分辨力最差、反演误差最大；L3能够分辨出的峰值粒径比最低，L1最大。同等噪声水平下，峰值粒径比越大，双峰分辨力越强。因此在处理有噪声数据时，为保证反演结果的准确性，应优先选择L3。最后通过实验数据的反演结果验证了模拟数据的结论。

提出了一种基于时域傅里叶变换的广义相移相位恢复方法。该方法不需要对相移量进行特殊标定，就可从一系列相移量单调变化的干涉条纹图中快速地恢复出物体的相位。由于所提方法是运用傅里叶变换逐点从频域提取物体的相位，所以该方法不仅具有良好的抗干扰性能，而且对干涉图中的条纹数目没有要求，可以从条纹数少于1的相移干涉图中精确地恢复相位。数值模拟与实验结果均表明所提方法具有操作简单、方便、快速、精度高等优点。

介绍了中国计量科学研究院基于控制环境辐射的黑体辐射源发射率测量原理、方法和装置的研究进展。基于普朗克黑体辐射理论，建立了控制环境辐射的黑体辐射源发射率测量方法的理论模型，并且搭建该测量装置，研究了该方法测量黑体辐射源发射率的结果和影响因素。利用该系统测得的黑体辐射源发射率测量的结果与理论模拟的结果高度吻合，测量重复性(标准偏差)达到0.07%。实验结果表明该方法在测量黑体发射率时不受热辐射环温度重复性的影响，当热辐射环温度与被测黑体温度的差异足够大时，热辐射环温度的变化对黑体发射率测量结果的影响可以满足应用的需求。该方法具备热红外遥感载荷在轨定标黑体的发射率测量的应用潜力，为我国红外遥感在轨定标系统定量化水平的提高提供重要技术基础。

提出一种用于测量微结构表面形貌的离轴显微干涉术。该技术的实验装置为一个优化的马赫-曾德尔干涉仪。其特点为参考波是具有一定载频的倾斜波。该技术中应用CCD 记录离轴显微干涉图，并用傅里叶变换方法对记录的干涉图在傅里叶面进行频谱滤波求解相位。不同于经典显微干涉术，离轴显微干涉图的载频较高，仅需单幅干涉图即可得到相位信息。因此该技术在测量中具有防振、快捷有效的特点。利用一个标准微台阶以及微孔阵列的形貌检测结果验证该技术的有效性，同时与轮廓仪的测试结果进行对比，证明结果一致。被测物也应用Mirau干涉显微镜进行测试，实验结果表明经典显微干涉图干涉信息载频不足，仅使用单幅干涉图不能得到正确相位，该组实验证明了离轴显微干涉术相对于传统显微干涉术的优越性。

为了确保现代网络信息传输的安全性问题，提出了一种基于压缩感知理论和分块Arnold 变换置乱的计算全息图双重加密算法。该方法制作出原始图像的纯相位全息图，利用压缩感知的随机测量矩阵作为密钥对全息图进行初次加密，将加密后的图像通过分块Arnold 变换置乱再次加密。使用密钥对经过两次加密的图像解密可重现原始图像。该全息加密方法相较于传统光学加密设计灵活、光路简单，且两次加密均具有随机性，从而大大提高了信息传输的安全性。结果表明，解密恢复的图像质量理想、安全性高、稳健性强。通过搭建基于硅基液晶空间光调制器的全息显示系统对提出的加密方法进行了实验验证。

利用艾里光束自弯曲特性，提出一种新的艾里光阵列产生的局域空心光束。这些艾里光束阵列以环形排列，当它们向前传播的同时又以向内的方向加速传播，从而形成环形局域空心光束。通过调节在初始输入平面上环形艾里光束阵列之间的间隔距离，可以很灵活实现调控局域空心光束大小。与传统的高斯激光叠加相比，多艾里光束的无衍射特性及相干叠加使得输出能量大大提高。数值模拟结果表明通过环形艾里光束的自加速特性可以形成局域空心光束。该灵活可控的局域光束可以为原子捕获与生命细胞操控提供更好的灵活性。

全息三维显示具有呈现包含真实物体所有特征的三维场景的能力，这对信息的数据量和分辨率提出了极高的要求。体全息术可以为高分辨率三维显示提供大容量数据存储和基于三维布拉格光栅的实现方式。提出体全息三维显示方法，通过计算全息算法得到三维物体的全视差相息图，由相位型空间光调制器对物光波进行波前编码，利用体全息光栅的角度选择特性在光致聚合物的同一全息图基元中复用多幅全息图。在参考光照射下，可以重建出多角度的三维场景，扩充了三维显示的空间带宽积。

提出了一种基于二维光栅叠栅效应的纳米光刻对准方法，用于接近式光刻实现二维同步对准。该方法采用两组周期接近的二维光栅重叠产生一组周期分布的叠栅条纹，条纹的周期相对于两光栅周期被大幅度放大，将光栅间的位移反应在条纹的相位信息中。利用二维光栅在傅里叶频谱中x、y 向相互独立的频谱分布，通过傅里叶变换对正交叠栅条纹横纵两个方向上的相位信息进行解析，可实现高精度二维同步对准。建立了双二维Ronchi光栅对准复振幅分布物理模型，推导了基片、掩模相对位移量与叠栅条纹相位之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析，考虑噪声情况下，对准精度可以达到2 nm；通过实验系统对该对准方法进行测试，实验结果对准精度可以达到22 nm。

光波在大气中传输时，由于湍流的存在导致相位扰动造成光电系统的成像质量下降。自适应光学系统用于校正湍流的影响，但优化自适应光学系统性能以及大型望远镜在选址、设计和运行时都需要监测台址的光学湍流强度及其积分参数。测量高空大气光学湍流需要耗费巨大的人力、物力和财力，并且由于测量方法的限制难以在全国大范围连续地测量。介绍了基于数值天气预报(WRF)模式，依据湍流参数化模型模拟得到光学湍流强度廓线。模拟结果与在高美古观测站探空实测数据进行了对比，结果表明模拟的光学湍流强度廓线展现了高空大气光学湍流廓线的变化特征，与实测结果基本一致。

以国产机载激光扫描仪内较独特的扫描四棱塔镜为基础，提出了四棱镜的误差模型，并分别建立了垂直与水平方向的定位误差模型，依据该模型定性定量分析了对定位精度的影响，研究表明，四棱塔镜误差在垂直与水平方向对定位精度的影响趋势不同，均与扫描角有关，并随测距值的增大而增大。其中，垂直误差在X 方向对定位精度的影响远远大于Y、Z 方向。水平误差在Y 方向影响呈抛物线趋势，Z 方向与横滚角的影响相似。由分析可知，四棱塔镜误差对定位精度的影响较大，必须在转镜设计及加工、主机系统装调及部件集成优化、主机系统检校三个环节严格控制以消除或削弱此误差，研究该误差对机载激光雷达系统定位精度的提高有着重要影响。

分子振动谱广泛应用于化合物分子结构的测定、未知物的鉴定以及混合物成分的分析，是传感识别物质性质和特征的重要指纹。提出了基于石墨烯带阵列的分子振动谱传感模型，并采用数值仿真方法对模型进行了验证。结果表明，通过调节石墨烯带的化学势、阵列周期以及占空比，可以灵活地调控石墨烯带阵列的透射带宽；通过在检测区填充物质，发现透射谱的形状与被检测物的分子吸收谱一致，表明该传感器能够识别物质分子的振动指纹；透射谱的形状对检测区域填充物质的厚度不敏感，传感器的稳健性好。

研制了一套人眼安全的全光纤相干多普勒激光测风雷达系统。系统采用1550 nm 全光纤单频保偏激光器作为激光发射光源，激光器单脉冲能量0.2 mJ，重复频率10 kHz，脉冲半高全宽400 ns，线宽小于1 MHz。激光雷达接收望远镜和扫描器口径100 mm，采用速度方位显示(VAD)扫描模式对不同方位的视线风速进行测量，使用平衡探测器接收回波相干信号，通过1 G/s的模拟数字(AD)采集卡对相干探测信号进行采集，在现场可编程门阵列(FPGA)数字信号处理器中进行1024点快速傅里叶变换(FFT)得到不同距离门回波信号功率谱信息。对于获得的各方位视线风速，研究采用非线性最小二乘法对激光雷达测量的风速剖面矢量进行反演。激光雷达与风廓线雷达测量的风速进行了对比，两者测量的水平风速，风向和竖直风速相关系数分别为0.988，0.941和0.966。

提出一种从地面激光点云数据中提取建筑目标并进行分割的新方法，该方法利用半径渐变的主成分分析法确定各点局部几何特征(最佳半径，法向量、维度特征)；根据几何特征将地面点从原始点云中剔除，将非地面点按距离聚类形成点云簇，并对点云簇进行整体特征分析，识别建筑物目标；依据点的局部特征设置区域增长法生长准则对建筑物目标进行平面分割并对分割结果进行优化。实验结果表明，该方法不仅能快速有效提取大场景中的建筑物目标进行分割，并且解决了传统区域增长法不稳定的问题，提高了建筑物点云平面分割的精确性和可靠性。

针对氨气(NH3)和二氧化硫(SO2)气体吸收谱线在196~214 nm 波段区域存在谱线重叠的问题，在采用傅里叶变换的差分吸收光谱法测量气体浓度基础上，采用分波段方法，解决NH3 和SO2 特征频谱相互串扰对测量的影响，采用非线性修正方法，解决在SO2 高浓度情况下出现的非线性吸收对NH3 气体测量的影响，采用经验模态分解(EMD)降噪处理方法，提高信噪比，最终实现对NH3和SO2气体浓度的同时准确测量。实验结果显示，NH3各个浓度测量误差均在±0.15 mL/m3以内，相对误差不超过±1.5%，最低可探测浓度为1.5 mL/m3；SO2各个浓度测量误差均在±2 mL/m3以内，相对误差不超过±1%，最低可探测浓度为16 mL/m3。

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术以其响应速度快、灵敏度高、非接触等优点得到了广泛应用。基于该技术以燃烧参数诊断为目标，使用一台窄线宽、波长可调谐的分布反馈式(DFB)激光器产生扫描1395.51 nm 和1395.69 nm 两条H2O 吸收谱线的激光，经1×4光纤分束器实现燃烧场内4条平行路径中温度和H2O 浓度的同时在线检测，采用分段温度梯度测量方法补偿低温段对高温区域测量的影响，使中心燃烧区域温度的测量精度由原来的10%提高到3%以内。通过控制空气流量，测量三种不同燃烧状态下中心燃烧区域的温度与H2O 浓度变化，结果表明，三种燃烧状态的中心燃烧区域温度差约为80 K，H2O 浓度与温度变化情况一致，验证了实验系统和数据处理方法的稳定性和可行性，为下一步燃烧层析诊断及燃煤锅炉燃烧效率优化提供了支持。

拉曼光谱的频率、强度及偏振特性表征散射物质的独特性质，是研究物质结构及组成成分的特征光谱，因而得到了广泛应用。但是，基线漂移现象会给拉曼光谱的定量分析带来不利影响。为了校正拉曼光谱基线漂移，提出了一种结合导数谱峰检测与Whittaker 平滑器的基线校正算法。利用拉曼二阶导数光谱检测并标定谱峰区域；Whittaker平滑器结合标定信息计算非谱峰区域的拟合曲线，并同时对谱峰区域进行平滑插值，最终得到整个光谱的基线估计。将该算法应用于模拟和实际拉曼光谱进行基线校正，结果表明，算法可以同时实现光谱去噪与基线估计，而主成分分析结果的改善进一步验证了该算法的有效性。