详细介绍了基于1014.8 nm室温光纤激光放大器的高效外腔倍频技术, 获得了大功率的507.4 nm单频激光。高效的外腔倍频是由内置正入射三硼酸锂晶体的高增益环形腔实现的, 最高可以获得3 W的输出功率, 倍频效率高达61.5%。倍频腔输入输出功率的实验测量值与理论计算结果相符合。该倍频腔针对4 W的基频光输入设计, 在最佳工作点(4W)附近倍频效率对输入功率改变不敏感。在1.5 h内, 绿光输出功率涨落的均方根值为1.7%。大功率稳定输出的507.4 nm单频激光可通过偏硼酸钡晶体倍频产生用于冷却中性汞原子所需的253.7 nm深紫外激光, 也可直接用于探测镱原子1S0态到3P2态跃迁的光谱和相关实验。

对两个1.45 W/520 nm绿光半导体激光器的输出光束进行整形, 再将其聚焦到钛宝石激光晶体上进行抽运, 并结合GTI(Gires-Tournois Interferometer)镜对腔内色散给予补偿, 实现了稳定的克尔透镜锁模运转, 输出脉冲激光的脉宽为91 fs, 输出功率为208 mW, 输出单脉冲能量为1.59 nJ;优化腔型参数后, 获得的最窄脉宽为82 fs;缩短腔长后, 获得的最高输出功率为232 mW。

为了实现波导CO2激光调Q脉冲输出, 需要搭建半外腔激光器以在谐振腔内插入Q开关。实验研究了波导纵横比m=2的半外腔矩形波导CO2激光器的输出功率与谐振腔光学结构参数之间的关系, 对比了平面反射镜紧贴波导口激光器的输出功率, 得到谐振腔模式耦合进入波导口的损耗与谐振腔全反镜曲率半径R以及全反射镜至波导口的距离d的关系。基于菲涅耳衍射积分理论, 采用变步长辛普森算法理论计算了m=2的矩形波导谐振腔耦合效率与R、d之间的关系。基于实验及理论结果, 得到了适合高纵横比矩形波导CO2激光器半外腔搭建的两个耦合效率较高的谐振腔光学及结构参数：d=10 mm、d=R的位置, 并且R越大这两个位置对应的耦合效率越高。

研究了高功率Yb∶YAG薄片激光器连续及腔倒空调Q输出性能。基于平面波理论, 建立Yb∶YAG准三能级激光连续运转模型, 对薄片激光器的晶体掺杂和抽运结构进行优化。通过优化实验方案, 研究半导体激光器抽运Yb∶YAG薄片激光器连续输出性能, 在抽运功率为199 W时, 获得功率为100 W的1030 nm激光输出, 光-光转换效率为50.2%, 斜率效率为56.8%。利用RTP电光调Q开光, 搭建Yb∶YAG电光腔倒空激光器, 研究1030 nm脉冲输出性能, 获得了脉冲宽度为20.2 ns的高重复频率1030 nm脉冲激光, 脉冲重复频率为10~100 kHz, 当重复频率为10 kHz时, 1030 nm激光的最大峰值功率达到109.8 kW。

在基于主振荡放大结构的光纤放大器中, 窄线宽、时域稳定的种子源对抑制非线性效应和获得数千瓦窄线宽的激光输出至关重要。随机光纤激光器基于瑞利散射和拉曼增益, 在时域稳定性上独具优势, 近年来得到了广泛研究。将基于自研光纤光栅搭建的1018 nm光纤激光作为抽运源, 采用半开放腔随机激光形式输出1067.6 nm激光, 并基于窄带光栅滤波和三级放大结构, 实现了42.8 W、10.6 GHz线宽的激光输出, 线宽在放大过程中保持不变, 此光源特别适合作为数千瓦级窄线宽光纤放大器的种子源。

设计了一种基于LabVIEW控制的自动宽调谐的连续单频钛宝石激光器, 通过波长计测量激光器输出波长, 用LabVIEW程序读取该波长值并产生控制信号, 反馈控制腔内调谐元件双折射滤波片(BRF)的角度, 实现对激光器输出波长的调谐。此外, 基于波长计测量的系列波长值, 构建了BRF角度与激光器输出波长值的一一对应关系, 由LabVIEW程序根据不同的波长设定值控制BRF旋转不同的角度, 使钛宝石激光器不需要波长计也能实现自动调谐, 简化了激光器系统。对实验设计的钛宝石激光器进行自动调谐, 测量得到其调谐范围为110 nm。

利用偏振分束器(PBS)选择性地实现a轴切割Nd∶YVO4晶体π和σ偏振的激光输出的实验研究。四方晶系Nd∶YVO4晶体偏振荧光光谱的差异, 导致了输出π和σ偏振激光的性能差别。实验中利用PBS的反射光束主动选偏, 结合激光晶体沿通光方向旋转, 分别对a轴切割Nd∶YVO4晶体的4F3/2~4I11/2和4F3/2~4I13/2能级跃迁的偏振激光性能进行测试。在11 W的入射抽运功率下, 基于4F3/2~4I11/2能级跃迁分别获得了5.5 W的π偏振1064.3 nm激光输出和4.4 W的σ偏振1066.7 nm激光输出; 基于4F3/2~4I13/2能级跃迁分别获得了2.9 W的π偏振激光输出和1.6 W的σ偏振激光输出, 但波长均为1341.8 nm。实验结果表明：a轴切割Nd∶YVO4晶体的π偏振激光输出有更高的转换效率, 而σ偏振激光输出则有更长的激光谱线。

研究了一种多层金属复合板激光冲击柔性微成形(LSFF)的新工艺,验证了该工艺的可行性, 发现在合适的工艺参数下,成形件没有层裂或裂纹等缺陷。研究结果显示, 在LSFF下, 镍/铜/镍金属复合板的成形深度介于铜箔和镍箔的之间,且成形深度随着激光能量和激光冲击次数的增加而增加。成形件表面发生了粗化现象, 且其粗糙度随着激光能量的增加而增加。

为研究激光喷丸强化对医用Ti6Al4V合金表面耐生物腐蚀性能的影响, 对Ti6Al4V合金试样表面进行激光喷丸强化处理; 然后选用动电位极化曲线测试法研究了激光喷丸前后试样的电化学腐蚀性能, 采用扫描电子显微镜观察腐蚀试样的表面形貌并进行能谱分析。结果表明, 在测试参数范围内, 激光喷丸强化试样的自腐蚀电位正移, 腐蚀倾向降低; 钝化电流密度降低, 钝化区电位范围增大, 钝化性能更稳定; 击穿电位正移, 点蚀敏感性降低; 自腐蚀电流密度减小, 腐蚀速率降低。与未处理试样相比, 自腐蚀电位最大正移了0.209 V, 钝化电流密度最大降低了2个数量级, 钝化区电位范围最大增幅为86.90%, 击穿电位最大增幅为88.31%, 自腐蚀电流密度最大降低了81.75%。激光喷丸强化处理可有效改善医用Ti6Al4V合金表面的耐生物腐蚀性能。

激光金属沉积(LMD)传统上多采用固定的工艺参数进行扫描堆积成形, 每层的实际堆积高度一般是固定且不可控的。为提高成形稳定性和成形件的精度, 补偿堆高误差, 开发了一种可实时变化工艺参数的堆高闭环控制系统。通过反馈实际堆高与设定期望层高之间的误差, 控制实际堆高达到设定值。设计P和PI两种控制器, 分别以扫描速度和激光功率作为输入参量来控制实际堆高。结果表明, 变扫描速度控制优于变激光功率控制, 实际层高的最佳稳态波动范围可达±0.015 mm; PI控制器可使总堆高达到期望值; 当送粉速率发生突变时, P控制系统具有良好的鲁棒性; P控制器的阶跃响应曲线与成形件剖面纹理显示的堆高变化一致。该系统为堆高的可控和堆高误差补偿提供了新方法。

过渡金属硫族化合物(TMD)因其原子层级的厚度和独特的光电性能而受到了广泛的关注和研究。大量文章报道了TMD的可控制备、奇特的光电性能及其在光探测、发光、自旋和能谷电子学等光电子领域的应用。从TMD的材料制备、光电性能及光电应用三个角度对这些工作进行了总结。

二维(2D)材料具有独特的结构和光电特性, 在能源、环境、高性能光电传感等方面都有非常重要的应用。2D材料的非线性光学特性及应用是研究者广泛关注的热点研究领域。从2D材料的制备方法、晶体和能带结构、非线性光学特性研究等方面对2D材料的研究进行了简单回顾。非线性纳米晶自组装或复合薄膜是另一类重要的非线性材料。考虑到这类材料的宏观2D特性和论述内容的连贯性, 将非线性纳米晶自组装或复合薄膜归于准2D材料, 并对其非线性光学特性和应用等也进行了简单介绍, 作为对非线性光学材料研究的补充。

矢量孤子在现代通信、非线性光学等研究中具有重要意义。锁模光纤激光器为研究矢量光孤子特性提供了重要平台。对碳纳米管锁模的掺铒光纤激光器中矢量孤子的进动进行了综述, 展示了多种矢量孤子的偏振进动轨迹。实验证明了矢量孤子的偏振进动作为非线性吸引子的存在, 揭示了一种新型锁模光纤激光器的可能, 并展望了其未来的应用和发展。

得益于独特的二维量子限制效应以及层与层之间耦合微扰的消除, 石墨烯、过渡金属硫化物MX2(M=Mo,W,Ti,Nb等; X=S,Se,Te等)、黑磷等二维层状半导体材料与其体材料相比, 在电子学、光子学等性能上都有本质的提高。以中国科学院上海光学精密机械研究所近几年的相关研究成果为主要对象, 结合国内外研究进展, 重点介绍了二维材料的制备方法、物理性质和超快非线性光学性能以及相关器件的研究进展, 并对其前景进行了展望。

纳米结构的局域表面等离子体共振效应能够突破衍射极限实现对光信号的局域调控, 自发现以来就引起了光学领域的广泛关注, 并成为一大研究热点。从对局域光场增强效应到超材料的实现, 表面等离子体都扮演着重要的角色。综述了基于纳米结构的局域表面等离子体的超快非线性光学现象及其应用研究, 重点介绍了非传统表面等离子体纳米材料(重掺杂半导体)的饱和吸收效应, 以及其在超快脉冲激光器中的应用, 并对其发展前景进行了展望。

二维层状半导体材料具有独特的电子结构和量子尺寸效应, 在光电子器件等领域受到广泛关注。其中, 二维Ⅳ-Ⅵ族半导体因其具有成本低、元素丰富、对环境友好等优点, 近年来成为研究热点之一。介绍了二维Ⅳ-Ⅵ族半导体的独特晶体结构, 总结了机械剥离、液相法、气相沉积等制备方法的研究进展, 讨论了二维Ⅳ-Ⅵ族半导体在场效应晶体管和光电器件领域的研究现状, 并针对制备和器件应用方面存在的问题及今后的研究方向提出了建议。

石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料, 具有优良的物理、化学和机械性能, 在储能器件、电子器件以及复合材料等诸多领域有广阔的应用前景。石墨烯的产业化生产一直是现在国际上材料科学研究的热点。在石墨烯的诸多制备方法中, 电化学剥离方法具有快速高效、绿色环保等特点, 有望实现产业化。首先综述了最近国内外电化学剥离法制备石墨烯和类石墨烯材料(BN和MoS2)的研究进展, 并对其反应机理进行了探讨, 然后简单介绍了石墨烯在光电子器件领域的研究现状和应用, 最后对石墨烯前景进行了展望。

金属卤化物钙钛矿具有优异的光电性能, 在太阳能电池、光电探测等领域有着广泛的应用。该材料还具有优越的发光性能, 通过调节卤素原子的种类与比例, 可以实现可见光范围内的全波段发光; 此外, 其半峰全宽很窄, 故在显示等领域也具有广阔的应用前景。这些特点使金属卤化物钙钛矿非常适于作激光增益介质, 加上其低维材料本身就可以作为光学谐振腔, 因此低维金属卤化物钙钛矿实现激光输出成为可能。相关的研究已经取得了重要的进展。

3 μm中红外波段脉冲光纤激光器在**、**、生物医疗、大气通信等领域有着广泛的应用前景。以石墨烯为代表的二维材料由于易于集成及实现全光纤化等无可比拟的优点而作为中红外波段可饱和吸收体备受关注。阐述了石墨烯、黑磷、拓扑绝缘体、过渡金属硫化物等二维材料的原子结构及光学特性, 分析对比了这四类二维材料用于中红外脉冲光纤激光器的作用机理及特点, 对国内外基于二维材料的中红外脉冲光纤激光器的研究进展进行了总结, 并对未来基于二维材料的中红外脉冲光纤激光器的发展前景进行了展望。

利用二氧化钒(VO2)的饱和吸收性质, 通过消逝场吸收的方式对波导激光进行调节, 实现了皮秒脉冲激光输出; 通过控制VO2的温度可对输出激光的脉冲宽度、重复频率和能量等进行调控。在VO2薄膜从绝缘相过渡到金属相期间, 通过测量复合光波导(掺杂钇铝石榴石波导表面附着VO2)的激光输出, 可直接观察到VO2的可饱和吸收性质。VO2薄膜与波导模式这两者之间通过消逝场相互作用, 使得VO2对光的吸收显著增加。受益于VO2独特的热驱动光学性质, 在1064 nm处, 波导激光在皮秒脉冲和连续波机制间可有效切换。由于VO2薄膜可饱和吸收的热滞特征, 通过冷却或加热处理, 在相同的温度条件下, 复合波导可产生连续激光和皮秒脉冲激光。这项研究为在芯片级平台上实现热控制有源集成光源提供了一种方法。

将3,4,9,10-苝四酸二酐(PTCDA)分别与单层二硫化钼(MoS2)和石墨烯结合构成有机-无机异质结, 并研究其荧光性能。在MoS2/PTCDA体系中, PTCDA的荧光强度显著增强, 这是因为MoS2表面促进了PTCDA外延生长; 而在石墨烯/PTCDA体系中, PTCDA的荧光强度明显减弱, 这主要是因为该异质结内光生电子发生了跃迁转移。

报道了一种基于石墨烯三元复合材料(石墨烯/二氧化锡/聚苯胺薄膜)的可切换双波长孤子光纤激光器。该石墨烯复合材料由液相超声法制备而成, 将其制成聚合物薄膜并转移到激光器腔内。该石墨烯器件不仅可以作为一种饱和吸收体来进行锁模, 而且具有较强的三阶非线性光学效应, 在激光器中, 它可以构成一种滤波器来产生双波长脉冲。利用该双功能器件实现了光纤激光器的双波长孤子运转, 最小脉冲宽度为1.25 ps, 基本重复频率为2.13 MHz, 相应的最高单脉冲能量为1.51 nJ, 峰值功率约为1.2 kW。

由于其独特的光电特性, 黑磷量子点(BPQDs)获得研究者们的广泛关注。将基于微纳光纤沉积BPQDs的光子器件接入掺铒光纤激光腔内, 利用其可饱和吸收特性和高非线性效应分别获得了单、双波长脉冲簇现象。在单波长脉冲簇状态下, 每簇脉冲包含9个脉冲, 各脉冲之间具有不同的时间间隔; 在双波长脉冲簇状态下, 每个波长分别对应一套脉冲簇序列, 两套脉冲簇序列具有不同的强度和时间间隔。该结果有助于加深人们对多波长光纤激光器及脉冲簇动力学的理解, 也证明了BPQDs可以作为性能优良的可饱和吸收体应用于超快光学领域。

通过光学自组装方法制备了碲化铋可饱和吸收器件, 并获得了该器件的非线性光学响应特性。将可饱和吸收体引入掺铒光纤激光器中, 在抽运功率为170 mW时, 获得中心波长为1564.94 nm, 脉冲宽度为2.91 μs的激光输出。通过外加连续光对非线性吸收器件进行调制, 实现了脉冲持续时间和重复频率可调控的调Q光纤激光输出。

二硫化钨(WS2)具有显著的可饱和吸收特性, 广泛应用于光电子器件的制备。研究了基于WS2可饱和吸收体(WS2 SA)的全光纤被动调Q掺铒光纤激光器。采用脉冲激光沉积法, 将WS2均匀生长在拉锥光纤表面, 在WS2表面镀金膜以防止其被氧化, 此方法增加了WS2 SA的抗干扰能力。利用平衡双探测器法, 测得WS2 SA的调制深度约为15.2%, 饱和强度为2.84 MW/cm2, 非饱和损耗为78%。通过旋转偏振控制器, 得到了光纤激光器在不同抽运功率下的稳定调Q输出脉冲序列; 当抽运功率在300～630 mW范围内变化时, 激光器重复频率的可调谐范围为174～250 kHz。实验结果表明, 该光纤激光器输出的最窄脉冲宽度为780 ns, 最大输出功率为18 mW, 单脉冲能量为23.5 nJ, 信噪比为85 dB, 所提出的调Q光纤激光器具有较好的稳定性。

探讨了γ-聚谷氨酸(γ-PGA)介导合成γ-PGA/二硫化钼(MoS2)纳米团簇的可行性, 分析了γ-PGA/MoS2纳米团簇在近红外激光的热转换性能。将γ-PGA和合成MoS2纳米片的前驱体四硫代钼酸铵同时溶解于蒸馏水中, 通过水热法自下而上一步合成出了γ-PGA修饰的MoS2纳米团簇,MoS2纳米团簇的直径为(197.3±26.6) nm。团簇结构的形成可能与Mo4+离子和γ-PGA链中羧基上氧原子的配位作用有关。在水热反应过程中, 由于这种配位作用的存在, 生成的MoS2纳米片可能进一步以γ-PGA分子链中氧原子为中心形成团簇。该纳米团簇具有优异的胶体稳定性、光热转换性能(质量消光系数为11.23 L·g-1·cm-1)和细胞相容性, 有望在肿瘤的光热治疗等领域得到应用。

利用简易的“一锅法”制备了正丁硫醇修饰的MoS2纳米片(MoS2-C4), 并对其结构、组分、形貌及电双稳性能进行了研究。正丁硫醇在反应过程中既作为硫源, 又作为表面活性剂。X射线衍射(XRD)测试表明制备的样品为六方晶系的MoS2。从透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)可以看出样品的形貌为片状, 较大的纳米片是由较小的纳米片自组装而成。测试了样品的吸收光谱, 由吸收峰的位置证明了合成的样品为2H-MoS2纳米片。利用旋涂法将所制备的纳米片与聚乙烯基咔唑(PVK)的混合物制备了电双稳器件, 通过电流-电压(I-V)测试证明了该器件具有很好的电双稳性能。

将二维材料硒化钨(WSe2)与聚合物聚乙烯醇(PVA)混合制成饱和吸收体薄膜, 在掺铒保偏光纤激光器中实现了稳定的调Q运转。全保偏的腔体能够最大程度减少环境对激光腔双折射的扰动, 在此基础上, 研究了硒化钨聚乙烯醇(WSe2-PVA)饱和吸收体薄膜在调Q运转中的稳定性。研究发现, 当材料中的热量累积到一定阈值后, 聚合物基底材料首先进入熔融状态, 随后热量在薄膜中进一步累积, 导致硒化钨受热损坏, 表现为饱和吸收体薄膜的损耗急剧增加。

提出了一种基于介质和石墨烯涂层的结构来进行古斯-汉欣位移调控, 利用传输矩阵法研究了该结构参数对共振角及共振角处反射光的古斯-汉欣位移的影响。数值模拟结果表明, 共振角随介质层厚度的增加逐渐增大, 而随石墨烯费米能级的增加逐渐减小; 古斯-汉欣位移大小随介质层厚度的增加先增加后减小, 而随石墨烯费米能级的增加单调减小。介质层厚度对共振角的影响较为显著, 而石墨烯费米能级对古斯-汉欣位移的影响较为显著。

利用二维过渡金属材料WS2作为2 μm波段可饱和吸收体, 采用典型的X型四镜腔结构, 实现了Tm,Ho∶LuLiF4激光器低阈值被动调Q运转。实验结果表明, 吸收功率为260 mW时开始启动调Q运转, 吸收抽运功率大于650 mW时, 调Q激光脉冲进入稳定运转。抽运功率为2000 mW时, 在中心波长1895 nm波段输出功率为88 mW, 典型脉冲宽度为4 μs, 重复频率为16.89 kHz, 对应最大单脉冲能量为5.21 μJ。结果表明, WS2材料可以作为2 μm固体激光器的可饱和吸收体。

受表面等离激元共振效应的影响, 金纳米棒饱和吸收体具有饱和吸收宽带可调、非线性响应时间快等特点, 且便于与各种激光谐振腔整合, 是一种有潜力的宽波段饱和吸收体材料。报道了一种基于金纳米棒饱和吸收体的1 μm波段被动调Q固体激光器。将金纳米棒溶液旋涂于输出镜上, 并将其作为可饱和吸收体构建到激光谐振腔中, 在LD端面抽运Nd∶YVO4激光器中实现了1064 nm被动调Q运转。在抽运功率为7.5 W时获得了平均输出功率为540 mW, 最小脉冲宽度为138 ns, 重复频率为602 kHz的脉冲激光输出。

制备了吸收波长为2 μm的银纳米棒(ANRs), 并将其作为可饱和吸收体应用于2 μm被动调Q激光器中。采用结构紧凑的直线腔设计, 实现了稳定的激光二极管抽运2 μm被动调Q脉冲激光运转。在吸收抽运功率为5.73 W的情况下, 获得的调Q平均输出功率为118 mW, 重复频率和脉冲宽度分别为24.32 kHz和1.455 μs。

采用数值模拟研究了飞秒脉冲在悬吊芯As2S3微结构光纤中传输时, 抽运波长对中红外超连续谱产生的影响。通过分步傅里叶算法数值求解广义非线性薛定谔方程, 对不同抽运波长的飞秒脉冲在悬吊芯As2S3微结构光纤中传输时的传输特性及演化过程进行分析。模拟结果表明, 当抽运波长为2300 nm时, 处于光纤的反常色散区且近零色散波长, 可获得宽带且平坦的中红外超连续谱, 光谱范围覆盖1.2~7 μm; 当抽运波长为2500 nm时, 处于光纤的反常色散区且远离零色散波长, 可获得超宽带中红外超连续谱, 光谱范围覆盖1.2~7.5 μm, 但其平坦度略差。该结果对产生中红外超连续谱时选择合适的激光抽运波长, 进而优化中红外超连续谱具有重要的参考价值。

设计了一种基于有图案石墨烯的超薄宽带太赫兹超材料吸收体, 该吸收体的厚度为33.254 μm(即入射波波长的1/7), 吸收率在80%以上的吸收带宽达到1.422 THz。仿真及分析结果表明, 该吸收体的吸收特性呈偏振无关, 并对入射角的变化不敏感;通过改变石墨烯的化学电势能够有效地调控吸收体的吸收能量, 增加聚酰亚胺中间层厚度可提高吸收体的吸收性能。

谐振型光纤陀螺(RFOG)因具有敏感光纤短和体积小等优点而备受关注。分析了激光线宽、光纤环形谐振腔(FRR)及检测技术对RFOG灵敏度的影响。依据RFOG信号检测方法, 推导了受光电检测器灵敏度限制的RFOG灵敏度公式, 并给出了考虑激光线宽和腔内偏振轴90°旋转的RFOG灵敏度修正公式。基于多光束干涉原理,分析了数字调相电压的误差和噪声对灵敏度的影响。仿真结果表明, 为获得高灵敏度, 针对不同的激光线宽应选取不同的FRR腔长, 偏振轴90°旋转熔接的两边长度差应为保偏光纤半拍长的奇数倍, 数字调相电压的噪声方均根值应小于0.22 V。该工作为高精度RFOG的设计提供了理论指导。

分析了空间啁啾对宽带光谱超短脉冲激光系统的影响, 提出了利用波前传感器研究神光II 5 PW (SG-II-5 PW)装置空间啁啾的实验方法。实验中采集了宽光谱超短脉冲激光经过展宽器及多级空间滤波器后的波前特征, 测量了系统光路产生的横向空间啁啾和波前像差中心相对系统光轴的偏移量, 并通过实时调节色散调节器来消除激光装置的空间啁啾。对比分析了横向空间啁啾被消除前后的波前分布, 计算结果表明SG-II-5 PW装置激光光束的聚焦性能和远场能量集中度可得到显著提升。

基于胡克定律和弹光效应, 建立了冲击机械应力作用下萨奈克光纤环非互易性相位误差产生的数学模型, 讨论了黏结剂的杨氏模量对萨奈克光纤环的影响, 通过仿真和实验验证了光纤黏结剂杨氏模量的大小对萨奈克光纤干涉仪误差的影响。结果表明黏结剂杨氏模量越大, 系统性能越稳定。

采用三维重建方法--面绘制立方体算法(MC)体绘制构建人体腰椎L3~L4腰骶段的有限元模型, 并模拟添加前韧带、后韧带、黄韧带、纤维环等主要脊椎附着软组织, 精确构建了脊柱一体化三维有限元模型, 然后进行有限元模型网格化划分并设置各部分相应的材料属性。定义不同方向的载荷和边界条件以模拟正常模型和椎间盘膨出退化模型在不同工况下所承受的应力和形变情况, 通过分析其生物力学特性, 可以为临床上椎间盘膨出和椎间盘突出等的诊治提供生物力学依据。

采用具有旋转对称性的三维空间电离模型, 对紧聚焦条件下中心波长为800 nm、脉冲宽度为50 fs的激光脉冲产生的空气等离子体的时间和空间特性进行了数值模拟, 揭示了整个等离子体区折射率的动态演化过程。计算结果表明：当激光脉冲开始聚焦时, 靠近焦点前方的空气首先被电离, 随后产生一个中心区域达到饱和、边缘具有很高折射率梯度的水滴状等离子区域; 随着激光脉冲继续向焦点传播并越过焦点, 等离子体区进一步向前延伸, 直至在焦点前后形成一个近乎对称的双卵形结构; 脉冲通过焦点区域后, 空气等离子体强度沿传播方向逐渐减弱, 直到最终完全消失; 在10倍物镜聚焦下, 脉冲能量为500 μJ、脉冲宽度为50 fs的激光脉冲产生的空气等离子体由产生到消失的整个过程约持续3 ps。理论计算结果与30 kPa低气压环境下的实验观测结果相吻合。

为了获得连续精细的整层大气光谱透过率, 将光栅光谱仪与高精度二维跟踪机架相结合, 研制了能够进行连续波段测量的太阳辐射计。通过小波变换对光谱进行去噪与基线校正, 减小了仪器结构设计的复杂度。鉴于Langley标定法与标准光源法各自的局限性, 提出了一种将二者结合的混合标定法, 将标定基准溯源至大气层外的太阳辐照度。将所提系统与POM-2辐射计进行了同时同地的对比实验, 并且将实验结果与大气辐射传输软件MODTRAN的计算结果进行了对比, 对比结果验证了仪器结构设计的可靠性与标定方法的准确性。

在光电对抗、激光制导、环境监测等需求的牵引下, 中红外激光系统的应用日益广泛, 中红外光学元件的吸收特性备受关注。尤其在中红外强激光系统中, 强光元件的吸收性能直接关系到整个激光系统的可靠性。目前中红外光学元件的吸收率已降至10-6量级, 难以准确表征其二维吸收分布。