基于谐振腔内的非均匀介质对激光横模的耦合作用, 提出了一种用于计算谐振腔内稳定振荡模式的矩阵算法。激光横模在谐振腔内往返传播时, 其能量在非均匀介质的作用下发生耦合, 原本不相干的模式逐渐变得相干。经多次往返传播后, 各横模将按一定的能量比例线性叠加, 形成稳定振荡的模式。给出了非均匀介质耦合效应的耦合矩阵, 并将往返传播的激光场表示成向量形式, 用矩阵计算的方法对介质前后的光场变化进行计算。建立了一个稳定平凹腔模型, 对谐振腔内激光场的传播进行了矩阵计算, 在不同条件下计算得到了多个稳定振荡模式, 计算结果与理想模式符合得很好。该研究在一定程度上证明了非均匀介质耦合效应的存在, 并提供了一种新的快速计算谐振腔内稳定振荡模式的方法。

基于光学外差法, 设计并搭建了一套脉冲激光中心频率实时监测系统。频率特性已知的连续光经移频后与待测的单频纳秒脉冲光发生拍频, 用光电探测器和数据采集卡记录合成光强信号, 分析拍频信号的频谱, 即可获取待测光的中心频率信息。实验用一台连续单频输出1.57 μm激光器作为参考光源, 采用移频、斩波、自拍频的方法对测试系统的测试速率和测试精度进行了评估, 得出该系统的响应时间为6 ms。对于脉宽为30 ns左右的激光脉冲, 采样率为2 GSa·s-1时, 测试系统的均方根误差不超过0.07 MHz。

实验研究了Nd∶GdVO4和Nd∶YVO4晶体发射截面谱的温度特性, 并根据发射截面谱与激光波长的对应关系, 进一步研究了温度对Nd∶GdVO4和Nd∶YVO4双频微片激光器输出光谱的影响。实验结果表明, 在所研究的温度范围内, 随着温度的升高, Nd∶GdVO4和Nd∶YVO4晶体发射截面谱的中心波长发生红移、峰值下降, 且均与温度呈准线性关系; 对应的双频微片激光器波长也随温度升高呈现线性红移, 但双频频差保持不变; 在晶体发射截面谱和激光波长的共同红移作用下, 双频激光分量的功率均衡度发生变化。

增益介质的热效应是制约掠入射板条激光器获得高功率和高光束质量的重要因素。采用Nd∶YAG和蓝宝石晶体键合的方法, 研究掠入射板条激光器增益介质的热效应。理论模拟了Nd∶YAG与蓝宝石键合晶体增益介质的温度场分布和热焦距。实验对比了Nd∶YAG和蓝宝石键合晶体与单块Nd∶YAG晶体增益介质的输出特性: 在相同腔长和抽运的自由振荡条件下, 键合晶体的最大稳定输出功率比单块Nd∶YAG晶体提高了26%; 当抽运功率为44 W时, 键合晶体相对于单块Nd∶YAG晶体热焦距增长了69%; 同时, 键合晶体宽度、厚度方向的光束质量因子M2x=1.84、M2y=2.29, 单块Nd∶YAG晶体宽度、厚度方向的光束质量因子M2x=2.92、M2y=4.38。理论分析和实验结果表明, Nd∶YAG和蓝宝石键合晶体能够降低掠入射板条激光器增益介质的热效应, 有利于输出功率和光束质量的提高。

由于半导体激光器快慢轴方向的光束质量相差较大, 为完成半导体激光器堆栈的光纤耦合, 通常采用棱镜堆对光束进行整形。提出一种先填充快轴方向暗区、后旋转重排的光束整形技术, 基于棱镜内部的全反射和平行平板对光束的偏移作用, 在不使用棱镜堆的情况下完成了整个光束的整形过程。所提技术可将8个巴条组成的半导体激光器堆栈耦合到芯径为200 μm、数值孔径为0.22的光纤中, 输出功率可达544.47 W, 系统的光-光转换效率达到85%。

为了研究铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)透明电光陶瓷在275~325 K下的电光效应, 观察了不同尺寸铁电畴的形貌, 测量了不同铁电畴尺寸陶瓷的电光系数, 从铁电性的角度分析了温度对透明陶瓷电光效应的影响机制, 并对不同波段电光陶瓷的电光效应进行表征。结果表明: 低温时陶瓷的电光系数较大; 电光系数随温度升高而减小, 但其变化趋势会因波段不同而略有差异, 这从微观上解释了陶瓷介电性能的变化是温度改变导致电光性能发生变化的原因。

针对环形抛光中抛光盘的面形难以精确控制的问题, 以Preston方程和Winkler假定为基础, 建立光学元件抛光的基本模型, 通过理论分析和计算机模拟与实验, 深入研究环形抛光的系统特性。结果表明, 系统存在一个保持盘面面形不变的状态, 此时的状态为系统的平衡状态, 在平衡状态下抛光工件时无需调整校正板位置即可连续获得高精度平面; 在不同的工况下, 系统平衡状态对应的校正板位置不相同, 应用建立的模型定量研究平衡状态下校正板位置与工件尺寸的关系。实验证明在平衡状态下抛光工件时工件的面形精度和加工效率都得到了提高。

利用激光熔覆技术, 在铜合金表面制备了两种Ni-Ti-Si复合涂层, 测试并分析了涂层的组成、微观组织和摩擦磨损性能。结果表明, 在Ni-15Ti-15Si涂层（涂层1）中主要形成了枝晶状的TiSi、TiSi/TiNi3共晶和γ-Ni相, 而在Ni-35Ti-15Si涂层（涂层2）中主要形成了黑色树枝状的Ti2Ni3Si强化相和白色带状的Ti2Ni相; 涂层2的平均显微硬度值为涂层1的1.3倍, 约为铜基体的9.5倍; 室温环境下涂层2的平均摩擦系数约为0.54, 较铜基体的摩擦系数降低了35%, 因此具有优异的耐磨性。

研究了激光透射焊接聚碳酸酯工艺, 从断口形貌及材料吸光率两个方面探究了焊接质量与表面粗糙度的关系。基于Weierstrass-Mandelbrot函数与实测点数据, 构建了三维真实表面模型, 进行了单板焊接温度场的数值模拟。实验结果表明, 随着试件表面粗糙度的增加, 焊接质量下降。模拟结果表明, 粗糙表面比光滑表面先到达最高温度, 而光滑表面的最高温度高于粗糙表面的; 随着焊接速率的增大, 焊接温度整体减小, 且具有不同粗糙度的表面的温度变化曲线逐渐重合。

通过SiC颗粒示踪法获得了焊丝填充对熔池表面流动的影响规律, 分析了不同的焊接工艺、焊丝填送模式和送丝角度对熔池表面波动行为及焊缝成形的影响。结果表明, 在激光自熔焊过程中, 熔池表面液态金属向后方及熔池另一侧流动, 熔池表面波动较剧烈, 焊缝表面出现凹陷缺陷; 在激光填丝焊过程中, 熔池表面金属全部表现为从前向后的快速流动, 熔池表面波动相对稳定, 焊缝表面成形良好。在激光填丝焊过程中, 焊丝的过渡模式对熔池表面稳定性有显著影响, 降低送丝角度有利于获得稳定的液桥过渡及减少焊缝气孔缺陷。

利用纯铜、纯银、纯钨、纯钒、纯钽和纯钼等不同金属材料作为填充金属, 采用预置中间层的方法, 进行了304不锈钢(304 SS)与铌的激光焊接试验。结果表明, 在被选择的填充金属中, 铜和银作为中间层可以实现304 SS与铌的焊接, 前者接头强度最高, 强度峰值达到250 MPa, 是最优填充金属; 随着铜层厚度的增加, 铜层对于Fe2Nb的阻碍作用增强, 接头强度提高, 但是铜层厚度不能过大。

采用超窄间隙坡口和光纤激光填丝多层焊工艺, 焊接了50 mm厚的SA508Gr.3Cl.2核电用钢,测试并分析了接头的微观组织和性能。结果表明, 焊接接头无宏观缺陷; 热处理后接头中部焊缝中心组织主要为上贝氏体和针状下贝氏体, 母材侧热影响区的粗晶区组织为高温回火马氏体, 硬度为280 HV。焊接接头拉伸试样的拉伸断裂位置均位于母材, 接头抗拉性能良好。接头上、中、下部位的焊缝冲击韧性均小于母材的, 但焊缝冲击试样的断口形貌仍具有一定的韧性断裂特征。

基于激光熔化沉积技术, 采用A3钢作为基材, 铜合金作为过渡层, TC4合金作为涂层, 制备了TC4-Cu双相涂层, 并对涂层界面的组织、化学成分和组成相进行了分析, 同时, 对涂层的硬度和耐蚀性能进行了测试。结果表明, TC4-Cu-Fe界面发生了原子相互扩散, 界面处形成了α-Fe、α-Ti等固溶体, 结合区组织细小, 过渡层成功阻碍了Ti原子向Cu-Fe界面的扩散; TC4-Cu双相涂层的平均显微硬度约为500 HV, 约为基材的3倍; TC4-Cu双相涂层的耐蚀性能略高于商用TC4合金的, 远高于A3钢的。

基于激光热裂纹控制法, 提出了多焦点激光分离厚透明材料的方法。通过理论计算与ZEMAX软件模拟相结合的方式, 设计了能形成三个焦点的光路系统, 并利用该系统进行了夹层玻璃、磷酸二氢钾（KDP）晶体、超白玻璃等透明材料的切割分离实验。结果表明, 利用该方法得到的表面平整光滑, 无亚表面损伤, 粗糙度小, 有效解决了单个激光焦点热裂纹分离方法受材料厚度限制的问题, 该方法具有很大的应用前景。

为了解决镀锌钢板在激光焊接过程中由锌蒸气引发的焊接缺陷问题, 在小孔上方施加平吹辅助气流, 以维持小孔持续稳定张开并形成稳定的锌蒸气逸出通道; 研究了平吹气流量对镀锌钢板零间隙激光搭接焊缝成形质量及力学性能的影响, 通过焊接过程的实时监测和数值模拟分析了平吹气流对锌蒸气有效逸出的作用机理。结果表明, 对厚度为1 mm的DP590镀锌钢板进行零间隙激光搭接焊时, 平吹辅助气流能有效促进锌蒸气的逸出, 从而获得表面质量和力学性能较好的搭接接头。

高能拍瓦激光的高精度脉宽测量对离轴抛物面镜焦斑功率密度的诊断以及光栅损伤阈值的分析都具有重要意义。分析了光束指向性和近场分布的周期性调制这两方面的误差影响。结果表明, 当反射镜稳定性在5 μrad时,光束指向性的误差最大为0.03%。当近场调制周期增加时, 误差降低; 而调制度增加时, 误差增大。另外, 采用镜像结构能降低近场缺陷导致的测量误差。当调制深度为1.5、调制周期大于10时, 综合误差小于20%, 最小可降至10%。镜像结构的误差均小于15%, 最小可降至0。在拍瓦级激光脉宽测量实验中, 证实了近场调制对于脉宽测量的影响及改善效果。

研究了经过尖劈形吸收介质的光束的实折射角, 获得了复折射率实部和虚部与实折射角之间的关系。结果表明, 当已知空气折射率、尖劈形吸收介质的复折射率及顶角时, 则可计算出实折射角。将两束光分别垂直入射到两个具有不同顶角的同材料尖劈形吸收介质中, 测量从斜边出射的该两束光的实折射角, 即可反演得到吸收介质复折射率的实部和虚部。数值模拟结果显示, 当顶角较小时, 实折射角与顶角近似呈线性变化关系; 当顶角较大时, 实折射角随顶角的变化趋于平坦; 在实部相同的情况下, 实折射角的大小随复折射率虚部的增大而减小。

为解决现有线结构光大尺度测量标定复杂、精度不高的问题, 提出了一种基于多视觉线结构光传感器的大尺度、高精度测量方法。多视觉线结构光传感器含1个激光器和多个等间距并排的相机（一主多从）, 相互间有1/3左右重叠视场(OFOV), 光束覆盖所有相机视宽。传感器标定只需简易的棋盘格靶标, 按张氏标定法采集靶标图像、标定传统参数; 此外, 考虑相机视角的不变性, 利用OFOV内标定图像的已知特征角点, 经图像配准可预标定相邻相机图像拼接的变换矩阵。变换矩阵的逐步连乘得到任意从相机图像转换到主相机成像平面的透视变换模型(PTM)。该方法通过各相机同步采集大尺度物体的局部光条图像, 再利用PTM将所有局部光条快速拼接成完整的光条图像, 最终经光条坐标提取、换算得到光条位置的三维坐标。实验结果表明: 与已有方法相比, 该方法使用简便、精度更高, 重构模型平均构造深度与真实模型仅差8.3%。

采用空域滤波方法和海洋湍流功率谱, 编制了海洋湍流中扩展物体漫反射光成像的模拟仿真程序, 研究了成像质量与海洋湍流参数和接收孔径之间的关系。研究发现, 随着海水湍流功率谱中由温度引起的海水折射率变化与由盐度变化引起的海水折射率变化的比率的增大, 海水温度方差耗散率的增大, 以及单位质量海水动能耗散率的减小, 海洋湍流的可见参数减小, 成像质量变差。该数值模拟方法为研究海洋湍流中扩展物体的漫反射光成像提供了一种可行、正确的方法。

研究了中强大气湍流条件下基于零判决门限差分探测(DDTZ)的自由空间光(FSO)通信系统误码率性能。在两束传输光完全相关和完全不相关的情况下, 推导了DDTZ FSO通信系统和具有最佳阈值的差分探测系统的平均误码率的计算表达式。仿真结果表明: DDTZ不存在传统固定判决门限单端探测(SDTF)中存在的差错平底问题; 两个接收信号的相关性对DDTZ误码率没有影响; DDTZ误码率性能虽不及最优差分探测, 但明显优于SDTF, 因此在可实现性和误码率性能方面, DDTZ更具实际应用价值。

将传统方法中伪随机序列发生器与电光调制器产生的光伪随机信号, 替换为光电振荡器产生的光混沌信号。搭建光电振荡器仿真系统, 产生带宽为30 GHz的光混沌信号, 利用1.25 GHz低速模数转换器, 成功地对0~10 GHz频带内的5个频率随机、幅度随机的频域稀疏信号进行压缩采样和信号重构, 并对混沌光子压缩采样的重构性能与传统方法做出详细比较。仿真结果表明,这种混沌光子压缩采样方法可行, 且其重构概率大于传统方法。

针对高温条件下应变测量受限问题, 对飞秒脉冲激光刻写的Ⅱ型纯石英芯光纤光栅(FBG)的温度及应变特性进行了研究。实验结果表明, 纯石英芯FBG在20~1000 ℃温度范围内表现出良好的线性度, 相关系数为0.9996, 温度灵敏度为14.07 pm/℃; 纯石英芯FBG在400 ℃及以下的高温环境中加载均匀应变时表现出良好的波长稳定性,温度超过500 ℃时的应变加载导致光纤伸长, 引起中心波长的红移。

利用光纤产生涡旋光对提高轨道角动量通信系统的性能、降低轨道角动量通信系统的成本等方面有重要的应用价值。少模光纤是一种只存在基模和低阶模式的光纤, 结合光纤中的耦合模理论和涡旋光的产生原理, 仿真分析了入射角度对少模光纤中一阶模式激发效率的影响, 实验在少模光纤中产生了一阶模式TM01、TE01和HEeven21, 并将一阶矢量光束HEeven21与HEodd21模式叠加产生涡旋光。偏振检测和三角形衍射实验表明, 少模光纤产生的涡旋光是圆偏振光, 拓扑荷数l=1。利用少模光纤可为实验中涡旋光的产生提供一种简单、低成本的方法。

分析了以卡塞格林（卡式）望远系统作为光学天线时, 大气激光通信捕获、对准和跟踪系统中四象限光电探测器光敏面上环形光斑位置检测的误差问题。基于光斑中心遮挡与死区感应光能量的等同效应, 理论推导了入射环形光斑偏移量与光斑中心坐标、探测器死区宽度和环形光斑内外圆半径之间关系的数学模型。数值仿真和实验结果表明: 与完整高斯光斑相比, 环形光斑的探测线性范围较小, 检测灵敏度较低。根据实验条件选择合适的卡式光学天线或光斑半径, 使遮光比为30%时探测器的探测线性范围最大, 不会出现非线性误差。所提环形光斑误差补偿算法克服了光斑中心遮挡带来的位置检测误差, 探测器探测精度可达0.0015 mm。

光纤水听器无电中继远程解调系统的噪声主要来源于放大自发辐射(ASE)噪声和双重瑞利散射(DRS)噪声。为了优化系统噪声并提升系统的性能, 通过噪声拟合方法实验分离了ASE噪声和DRS噪声对系统相位噪声的影响。结果表明ASE噪声是实验系统的主要噪声源, 但DRS噪声也会成为降低系统相位噪声的限制因素。理论分析并实验验证了光源相位调制方案对两种噪声源的抑制效果, 通过铌酸锂相位调制器对100 km远程解调系统的光源施加幅度为2.2 rad、频率为40 MHz的正弦相位调制, ASE噪声功率下降了5.2 dB, DRS噪声功率下降了6.2 dB, 系统总相位噪声下降了5.2 dB。

利用双包层掺镱光子晶体光纤(DC-PCF)作为增益光纤, 设计制作了全光纤双包层光子晶体光纤放大器。实验制作了匹配DC-PCF的(6+1)×1端面抽运耦合器, 6根抽运光纤采用包层直径、纤芯直径分别为105 μm和125 μm（数值孔径为0.22）的多模光纤, 信号光纤采用普通单模光纤。利用套管法制作端面抽运耦合器, 并将制作完成的耦合器与DC-PCF直接熔接, 再对光子晶体光纤进行锥棒熔接, 锥棒输出端面镀1000~1100 nm的增透膜, 以防止激光反馈对整个放大系统产生影响。对全光纤双包层光子晶体光纤放大器进行测试, 使用976 nm的抽运源提供能量, 信号光使用波长为1064 nm、功率为2 W的连续光。当抽运功率达到最大值151.83 W时, 最大输出功率为108.1 W, 斜率效率为72.7%。输出光斑为很好的基模光斑, 体现了光子晶体光纤在具有大模场面积的同时仍能保持基模传输的优良特性。

设计并实现了一种并行循环移位比较的帧同步方式, 将其应用于传输速率为2.5 Gbit·s-1的大气激光通信脉冲位置调制(PPM)系统中, 论述了该帧同步的工作原理, 并分析了其同步性能。采用特定帧头同步序列提高了系统对大气信道帧同步的容错能力, 在信道状态变差时通过适当减小检测阈值可保持较高的同步概率。理论及仿真结果表明, 该同步方案可在高速PPM光通信中实现帧同步, 对应于大气信道3种不同的情形, 检测阈值分别取14、7~9、10~13时可使系统保持较好的工作性能。

建立了一种基于模式选择性光子灯笼型模式复用/解复用器的3×3模分复用通信实验系统, 给出了系统的结构框图并阐述了其工作原理。分别利用模式为LP01、LP11a和LP11b的信号传输信道作为独立信道, 采用强度调制和直接探测系统, 实现了3×4.25 Gbit/s伪随机信号在10 km少模光纤中的良好传输。实验测试了接收信号的波形、眼图和误码率。实验结果表明: 当接收功率分别为-19.1 dBm、-15.8 dBm、-16.6 dBm时, 模式为LP01、LP11a和LP11b三路信号的误码率均可达到10-3。

基于高阶正交幅度调制(QAM)和大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统, 提出了一种在时域进行无迹卡尔曼滤波(UKF)的相位噪声补偿算法。该算法在接收端基于训练符号频域卡尔曼滤波实现信道均衡, 用较小的频域导频数据开销进行频域扩展卡尔曼滤波, 先补偿公共相位误差(CPE)噪声, 然后将CPE噪声补偿之后的数据在时域进行载波间干扰(ICI)相位噪声粗补偿。对相位噪声粗补偿后的频域数据进行预判决, 结合接收端原始时域数据, 在时域对判决后的数据进行UKF以实现ICI相位噪声的精细补偿。对精细补偿之后的频域数据再进行相位噪声粗补偿并进行迭代运算, 极大地提高了相位噪声的补偿效果。对50 Gbit·s-1的CO-OFDM系统进行了传输距离为100 km的仿真, 与其他算法相比, 所提算法的频谱利用率极高, 且具有较好的补偿效果。对激光器线宽为700 kHz且调制方式为32QAM的传输信号进行二次迭代后, 所提相位噪声补偿算法的误码率性能仍可达到前向纠错上限。所提算法促进了大线宽CO-OFDM系统在长距离接入网和城域网中的应用。

针对目前布里渊光时域分析(BOTDA)分布式光纤传感系统存在的实时性较差的问题, 为了缩短测量时间, 提出一种基于互相关卷积与高阶矩质心计算相结合的布里渊散射谱特征提取方法。首先将布里渊散射谱沿光纤的扫频数据与理想Lorentz曲线作互相关卷积, 然后利用卷积结果峰值附近的理想Lorentz线型特征进行高阶矩质心提取, 并将提取结果作为布里渊频移(BFS)的估计值; 其次, 搭建1.5 km的瑞利BOTDA温度传感系统对所提算法进行可行性验证。结果表明: 不同于常用的Lorentz拟合(LCF), 所提算法避免了复杂的迭代求解所造成的测量时间延长, 具有良好的实时性与测量精度, 选取恰当的数据点数与阶数可将误差控制在小于1 MHz; 当进行长距离高分辨率的动态测量而不得不加大扫频间隔以减少测量时间时, 所提算法的测量误差远小于基于莱文伯-马奈特(LM)算法的LCF的测量误差。

碘值是评价脂肪酸品质的重要指标, 为探究拉曼光谱技术结合化学计量学方法对完整脂肪样本中脂肪酸不饱和程度测定的可行性, 以猪肉皮下脂肪为研究对象, 利用实验室自主搭建的拉曼光谱检测系统, 获取其300~2000 cm-1波段的光谱, 进而利用该光谱进行预处理方法的优化研究和碘值相关变量的优选研究, 并以传统韦氏滴定法测定得到的碘值为参考值, 采用偏最小二乘法建立了完整脂肪样本中碘值的校正模型。结果表明: 8次多项式拟合基线校正为最优预处理方法; 经区间偏最小二乘法筛选得到的优选变量为1106~1470 cm-1; 结合最优预处理方法和优选变量建立碘值预测模型, 其预测集相关系数Rp和预测均方根误差（RMSEP）分别为0.9463和2.5391×10-2。研究结果证明, 优选的拉曼光谱变量可用于完整脂肪中碘值的快速无损测定, 为基于拉曼光谱的猪胴体脂肪酸不饱和程度的在线、快速、无损检测提供了理论依据。

采用激光诱导击穿光谱(LIBS)对土壤中的营养元素进行了定量检测。采用输出波长为1064 nm、脉宽为5.82 ns的Nd∶YAG脉冲激光器作为光源, 将激光聚焦在土壤表面产生激光诱导等离子体, 使用三光栅光谱仪和门宽控制的增强电荷耦合器件(ICCD)测量等离子体发射光谱。基于传统LIBS系统, 新增了扩束镜系统和实时监测系统, 研制了笼式结构LIBS系统, 优化了笼式结构中扩束镜系统的激光聚焦位置, 获得了最佳的激光聚焦位置0.2 cm。测试了Mg II 279.56 nm、Mg II 280.26 nm和Mg I 285.21 nm谱线的信号强度。结果表明, 笼式结构LIBS系统在信号稳定性上优于传统LIBS系统。定量分析了土壤中营养元素Cu、Mn、Mg、K的质量分数, 它们的检出限分别为0.42×10-6、13.2×10-6、38.5×10-6、62×10-6, 优于传统LIBS系统得到的检出限。基于定标模型预测了土壤中Cu、Mn、Mg、K元素的质量分数, 它们预测值的平均相对误差分别为9.2%、9.6%、8.5%、10.9%。

为了消除激光吸收光谱信号中噪声对分析结果的影响, 提出了基于小波变换的阈值去噪方法。利用气体分子的直接吸收光谱信号,结合MATLAB软件进行仿真实验, 深入对比分析了阈值方法、分解层数和小波基函数类型对降噪效果的影响,最后将获得的最佳滤波参数用于人体呼出气体的光谱信号分析中。结果表明, 小波变换去噪算法模型对呼出气体吸收光谱信号的去噪效果良好。通过选择其他波段的可调谐激光光源,即可实现对其他呼出气体成分的实时分析;量子级联激光光谱系统可广泛应用于呼出气体诊断等领域。

研究了高压缩度压缩态光场制备中高斯光束的空间模式匹配问题。研究结果表明, 对于较小的目标腰斑, 注入光的腰斑位置和大小的允许偏移范围较小, 且模式匹配效率受腰斑位置偏离度的影响大, 而对于大腰斑, 情况则相反。此外, 激光光斑的椭圆率和像散、非线性晶体的热效应均会导致模式匹配效率下降。非对称结构的腔型可以扩大与光学参量腔匹配的激光束腰斑位置所允许的偏移范围, 更易实现高的模式匹配效率。

针对表面增强拉曼散射的应用, 采用严格耦合波分析方法研究了亚波长金属槽阵列的表面电磁场增强效应。模拟阵列周期和槽深对阵列槽口处电磁场增强的影响, 明确了结构内部共振效应对电磁场增强的贡献, 分析了亚波长金属槽阵列拉曼散射的平均增强效果及阵列外空间中电磁场增强的有效作用范围。研究表明, 在槽内共振效应的影响下, 亚波长金属槽阵列在一个周期内的拉曼散射增强因子可达106数量级, 并在垂直距离阵列表面1/5波长的范围内可得到明显的电磁场增强, 超出该范围增强因子将迅速衰减到1的数量级。数值结果表明阵列表面电磁场增强几乎不受贵金属类型的影响。

相位敏感光时域反射计实现兆赫兹分布式振动检测相位敏感光时域反射计技术在周界安防、铁路安全检测等领域发挥着非常重要的作用。1993年，Taylor提出了这一技术，实现了高灵敏度的分布式光纤振动实时检测。直至2010年，该技术的响应带宽才受到研究人员的关注。Bao课题组采用相干探测技术和滑动平均技术提升信噪比，最大频率响应达到1 kHz，传感光纤长度约为1.2 km。2013年Martins等利用半导体光放大技术在1.25 km传感光纤长度下实现了39.5 kHz超声波检测。这些技术虽然取得了一定的成效，但其响应带宽仍然受到传感范围的限制。基于此，本课题组提出了时间序列多频率源技术，在常规系统的受限重复周期内复用多个不同光波频率的脉冲，利用不同频率光波的探测信息综合重建高频扰动信号，一定程度上突破了传感范围对响应带宽的限制，并实现了MHz振动信号的分布式检测。