飞秒激光在工业加工、激光传感、****、科学研究等领域有着重要的应用前景。报道了一个工作在1 μm波段的飞秒光纤啁啾脉冲放大(FCPA)系统。该系统主要包括一个1.5 μm全光纤被动锁模光源、一个1 μm波段非线性频率转换装置、两级掺镱光纤放大器及一个基于透射式衍射光栅对的脉冲压缩器。掺铒锁模光源中心波长为1.55 μm、3 dB光谱带宽为12.9 nm、重复频率为17.5 MHz, 经功率放大后注入一段9.5 cm高非线性光纤中产生1 μm波段色散波, 其中心波长为1070 nm, 3 dB光谱带宽为33 nm。将此色散波脉冲作为种子源通过声光调制器选频后得到重复频率为1.09 MHz的脉冲输出。随后功率放大至11.4 W, 压缩后得到平均功率为7.7 W、10 dB光谱宽度为21.4 nm、脉冲宽度为270 fs、峰值功率为26 MW的飞秒脉冲激光输出。

为研究基于碳化硅(SiC)陶瓷封装的高功率半导体激光器的散热性能, 将其与常用的氮化铝(AlN)陶瓷进行对比, 使用基于结构函数法的热阻仪分别测量SiC和AlN封装F-mount器件的热阻值, 得到SiC器件的总热阻约为3.0 ℃·W-1, AlN的约为3.4 ℃·W-1, SiC器件的实测热阻值比AlN器件低14.7%, 实验结果表明SiC过渡热沉具有较好的散热性能。实验进一步测试了两种过渡热沉封装器件的输出性能, 在16 A连续电流注入时, 915 nm波段的SiC器件单管输出功率为15.9 W, AlN为15 W, 测试结果显示SiC封装的器件具有更高的功率输出水平。

理论分析了影响二极管端面抽运Nd∶YAG板条激光放大器放大效率的因素, 设计了主振荡功率放大板条连续激光器。使用1064 nm窄线宽光纤激光器作为种子源, 采用两个Nd∶YAG板条激光放大器先串接再双程放大的技术路线。两个Nd∶YAG板条激光放大器的尺寸结构完全相同, Nd∶YAG板条的尺寸均为150.2 mm×2.5 mm×30 mm, 每个板条都是半导体激光器阵列双端抽运。放大器抽运源总功率为21.6 kW时, 实现了5.4 kW连续激光的输出, 光-光转换效率为24.8%, 光束质量β为3.5。在输出光路位置使用狭缝空间滤波器, 光束质量β可以提升到2.5。

针对捷联式惯导系统单位置对准可观测性的问题, 以捷联式惯导10状态变量误差方程为研究对象, 利用奇异值分解的方法, 对固定位置对准的系统各状态变量的可观测性进行分析。可观测性分析结果表明：系统的各状态变量非完全可观, 方位失准角的可观测度较低。为了改善对准系统的可观测性, 根据可观测度分析结果及工程应用特性进行模型降阶, 得到7阶卡尔曼滤波参数模型并进行了实验验证。实验结果表明：降阶后的模型对滤波参数的容忍度更大, 且降阶后模型的精度要高于降阶前的精度。

提出并验证了一种利用载波抑制调制和半导体激光器注入锁定相结合的倍频三角波产生方案。方案中激光器发出的连续光经正弦信号驱动的马赫-曾德尔调制器进行抑制载波调制后分为两路, 一路保持不变, 另一路注入分布反馈激光器锁定放大调制光的高阶谐波分量, 获得六倍频信号。两路信号经相位和功率比控制, 合路后在光电探测器中叠加产生二倍频的三角波信号。实验利用频率为3 GHz和4 GHz的正弦调制信号产生了6 GHz和8 GHz的二倍频全占空三角波信号。理论分析和实验结果均证明了此方案的可行性, 避免了复杂的谱线操作, 所提方案更加简单高效, 在高重复频率三角波产生方面有显著优势。

报道了一种室温条件下工作的高功率激光二极管(LD)端面抽运Yb∶YAG板条双波长激光放大器, 稳定的双波长运转在1029.6, 1031.5 nm。基于Yb∶YAG宽带荧光特性, 建立了双波长放大模型, 通过数值模拟研究了不同抽运条件下激光光谱放大输出特性。通过940 nm激光二极管双端抽运Yb∶YAG晶体, 拥有双波长光谱的种子光从晶体一端注入并进行放大。实验结果表明,在1.18 kW注入时获得了6.56 kW的双波长连续激光输出, 与数值模拟结果相吻合。双波长激光放大理论和实验研究为进一步实现高功率光谱合成等应用奠定了基础。

针对超短脉冲光纤激光器光谱线宽较大的问题进行研究, 利用RP Fiber软件对激光器腔内脉冲演化过程进行模拟计算, 分析了几种可饱和吸收体对激光器输出脉冲宽度和线宽的影响, 并对激光器的腔长和光纤布拉格光栅(FBG)参数进行了优化。最终, 根据优化结果, 搭建了一种基于WS2可饱和吸收体的环形腔被动锁模皮秒脉冲掺铒光纤激光器, 并利用窄带FBG对输出脉冲的光谱线宽进行压缩, 获得了中心波长为1549.4 nm、脉冲宽度为171 ps的窄线宽超短脉冲输出, 其3 dB光谱线宽为0.02 nm。

为了替代主控振荡功率放大结构中的多级光纤预放结构, 对小信号高增益的掠入射板条放大器进行了模拟和实验研究。利用板条内线性温度梯度引起的轴棱镜结构, 测量了板条晶体的热转换系数。结果表明:0.1 mW和1 W种子光提取时, 热转换系数分别为0.37和0.28;抽运光功率为55 W时, 两种情况下板条最大温升相差16 K;小信号提取时, 板条晶体内的温升是制约增益提高的主要因素;采用0.1 mW种子光注入且抽运光功率为50 W时, 可获得1.8 W的激光输出, 增益高达43 dB, 水平方向光束质量因子M2x=1.30, 垂直方向光束质量因子M2y=1.28。

反斯托克斯散射是频率上转换的四波混频效应, 通常反斯托克斯激光器的转换效率较低。因此, 通过理论优化指导实验对提高激光器的性能尤为重要。对平面波近似下的内腔式反斯托克斯激光器的速率方程进行归一化处理, 通过数值求解归一化速率方程组, 得到描述内腔式反斯托克斯激光器运行的一组普适理论曲线, 分析了复合归一化变量对内腔式反斯托克斯激光器性能的影响。并用实验数据对归一化理论进行了验证, 结果表明, 从归一化理论出发所估计出的内腔式反斯托克斯激光器的单脉冲能量、脉冲峰值功率和脉冲宽度与实际测量数据相符, 证明了所提的归一化速率方程组模型的正确性和可行性。

为了解决激光惯性约束聚变系统中屏蔽罩引起的杂散光问题, 建立了屏蔽罩的三维蜂窝结构模型, 提出了屏蔽罩的杂散光分析方法, 分析了屏蔽罩的蜂窝曲率与两蜂窝中心间距对杂散光的影响。结果表明：激光通过屏蔽罩反射, 始终存在反射光光强最强区域; 不同角度的反射光强度峰谷值和光反射回原光束的总能量随着屏蔽罩蜂窝直径和蜂窝间距的增大而增大。基于此, 在设计屏蔽罩时, 应严格控制蜂窝直径与蜂窝间距, 使终端光学系统避开反射光最强区域, 使得散射光相对均匀地分布到立体空间中。

Fe2+∶ZnSe晶体作为3~5 μm波段极具潜力的中红外激光介质之一, 在材料特性和转换效率等方面具有明显优势。对Fe2+∶ZnSe晶体的吸收特性进行了研究, 利用自制放电引发的非链式脉冲HF激光抽运Fe2+掺杂浓度为4×1018 cm-3、尺寸为10 mm×10 mm×5 mm的Fe2+∶ZnSe 晶体, 在室温下获得了65 mJ 的高能量Fe2+∶ZnSe中红外激光输出, 光光转换效率为31%, 输出激光能量相对于晶体吸收抽运光能量的斜率效率可达37%。

详细讨论了直接液体冷却薄片激光器的设计。包括增益模块中晶体和冷却液的选取, 以及流道结构的设计, 分析了增益模块中两类组合方式各自的优缺点。组合方式一中, 需要严格控制激光的入射角以及晶体的切割角, 给出了具体的计算和分析。组合方式二无需特别选取角度, 然而所选的冷却液的折射率要与晶体的折射率尽可能一致。在抽运方式选取方面, 分析了采用端面抽运和侧面抽运对激光器储能以及像差等方面的影响。最终, 理论分析了采用10片Nd∶YLF作为增益介质, 折射率匹配液作为冷却液, 在抽运功率为5 kW时, 激光器输出功率大于1 kW, 光-光效率大于20%, 理论分析和实验结果基本一致。

通过对大功率激光器腔面光学灾变损伤的研究, 分析了激光器腔面镀膜的损伤机理。为了提高激光器的输出功率, 采用TiO2替换Si作为高折射率材料, 建立非标准膜系降低电场强度, 同时优化膜层材料的粗糙度, 并采用离子源进行清洗和助镀, 有效提高了激光器的腔面光学灾变损伤阈值。结果表明, 所制作的808 nm激光器, 最大连续输出功率达到13.6 W。

高重复频率大能量窄脉宽激光器在激光成像、激光加工、精密测量等领域中得到广泛应用。采用电光腔倒空技术和双棒串接结构, 通过减小热透镜效应的影响并保证振荡光与抽运光的良好模式匹配, 实现了高效率、大能量、窄脉宽1064 nm 线偏振脉冲激光输出。以偏硼酸钡(BBO)普克尔盒作为电光开关, 采用低吸收系数的914 nm光纤耦合半导体激光器端面抽运Nd∶YVO4晶体, 提高了激光器的热稳定性。在重复频率7 kHz的条件下, 当谐振腔腔长为450 mm, 晶体吸收功率为79.6 W时, 获得了脉冲宽度为5 ns, 最大平均输出功率为35 W, 单脉冲能量为5 mJ的稳定脉冲激光输出, 对应的光-光转换效率为44%。

利用超音速激光沉积技术在316L基体上制备了WC/SS316L复合沉积层, 并分析了该复合沉积层中颗粒的沉积行为、界面结合、组织结构特征以及其在电化学环境下的失效机理。研究结果表明, 由于激光辐照的软化作用, SS316L颗粒在高速撞击过程中表现出较好的塑性变形能力, 能够实现有效沉积; 在激光辐照和高速粒子塑性变形的双重作用下, 超音速激光沉积层较单一冷喷(CS)沉积层具有更好的界面结合行为。由于高速粒子塑性变形产生了加工硬化现象, 沉积层中SS316L的显微硬度较原始粉末的明显增大。在电化学腐蚀环境下, WC/SS316L界面较易发生腐蚀行为。

利用同步送粉激光熔覆技术在Ti811合金表面制备了单道激光熔覆层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪等分析了熔覆层的组织和相组成, 利用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度, 利用摩擦磨损试验机和白光干涉轮廓仪测试了熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明：熔覆层为典型的魏氏组织, 在α-Ti围成的晶界中分布着α′-Ti、α″-Ti和β′-Ti, 纳米Ti3Al颗粒弥散分布在熔覆层中; 与基底相比, 熔覆层的显微硬度较, 最高为480 HV; 涂层中弥散分布着大量纳米Ti3Al颗粒, 有效降低了熔覆层的摩擦因数, 提高了熔覆层的摩擦磨损性能。

建立了填材送入过程的三维瞬态激光焊接热-流耦合模型与组合热源模型, 在模型中引入了反冲压力、表面张力、热浮力、重力等焊接驱动力。采用流体体积方法追踪匙孔的气-液界面,研究了填材对匙孔三维形态和熔池流动行为的影响。研究结果表明, 在激光填丝焊中, 填材不利于维持匙孔的稳定性, 容易出现匙孔底部闭合的情况; 在激光自熔焊过程中, 匙孔壁面呈现由内向外和由下向上的流动趋势, 这有利于匙孔的稳定张开。

利用纳秒激光对铝合金和镁合金薄板进行了中心搭接焊试验, 分析了纳秒激光工艺参数对铝/镁焊缝成形及力学性能的影响。研究结果表明, 在纳秒激光焊接能量输入低、激光功率密度大、焊接速度快的条件下, 可形成有效的铝/镁焊接接头, 剪切强度达到86 MPa。在5~10 kW激光功率范围内, 焊缝熔深与纳秒激光功率密度呈线性关系, 而与激光持续作用时间和激光点能量呈对数关系。

通过对HT250灰铸铁进行激光重熔试验, 研究了不同气氛保护条件下试样重熔区气孔的产生机理。研究结果表明, 在氩气保护条件下, 重熔区中的气孔为析出性气孔;在开放条件下, 重熔区的气孔为析出性气孔和反应性气孔。在相同工艺参数下, 当扫描速度较低时, 开放条件下重熔区的气孔比氩气保护条件下的多; 当扫描速度较高时, 两种气氛保护条件下重熔区的气孔情况基本相同。当激光能量密度较低时, 灰铸铁内部气体的析出是重熔区气孔形成的主要原因。

利用等离子体增强原子层沉积系统, 以逐层刻蚀方式对GaSb进行氮(N)钝化处理, 研究了钝化过程中刻蚀周期对GaSb钝化效果的影响。研究结果表明, 当刻蚀周期数为200时, 钝化效果最好; 刻蚀周期数不足(100)时, 钝化效果最弱; 刻蚀周期数较高(300~400)时, 随着刻蚀周期数的增大, 钝化效果减弱。

在超大规模集成电路中, 为满足数值孔径为1.35、波长为193 nm的光刻曝光系统45 nm的成像分辨率要求, 设计了一种新型光可变衰减器, 用于控制系统的光能透射率, 调整曝光能量。该衰减器在光入射角为20°~40°时, 衰减面的平均透射率呈线性变化并从95%降低至8%, 同时保证其余三个表面的光能损失均低于1%。设计和制作了光可变衰减器的光学薄膜, 其基底材料选择熔融石英, 膜层材料采用LaF3和AlF3。实验测试了光可变衰减器系统性能, 测试结果显示该系统的光能透射率在8%~90%范围内连续可调, 实验结果满足设计要求。与传统光可变衰减器相比, 该系统可调制衰减范围更大, 衰减量更稳定, 具有一定的应用价值。

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术, 以NH3为掺杂源, 制备了氮δ掺杂Cu2O 薄膜, 研究了N掺杂对Cu2O薄膜表面形貌、光学及电学性质的影响。研究结果表明, N掺杂引起了晶格畸变, Cu2O薄膜的表面粗糙度增大; 掺杂后Cu2O薄膜的带隙宽度从2.70 eV增加到3.20 eV, 吸收边变得陡峭; 掺杂后载流子浓度为6.32×1019 cm-3, 相比于未掺杂样品(5.77×1018 cm-3)的提升了一个数量级。

为探索基于光学相干层析成像(OCT)技术对古代青瓷釉层物理结构的分类, 综合应用OCT技术、X射线荧光光谱分析(XRF)技术、扫描电子显微镜-能谱分析(SEM-EDS)技术和激光拉曼光谱(LRS)技术对河南省宝丰县清凉寺窑址出土的金元时期青瓷和钧瓷样品残片进行了分析。根据获取的样品釉层物理结构OCT灰度图像特征对釉层进行定性分类, 利用图像纹理分析技术对釉层OCT图像进行量化表征, 并根据所确定的纹理特征参数进行主成分分析。对根据OCT图像对瓷釉的分类结果与根据XRF获得的釉层化学成分的分类结果进行比较, 结合SEM-EDS和LRS分析结果讨论了釉层材料学特征与OCT图像特征之间的内在联系。

提出一种基于高斯脉冲激光空间分辨测量光学元件表面激光损伤阈值的方法。通过设定激光能量密度差对高斯光斑进行能量密度分区, 统计并分析每个能量密度分区的能量密度以及损伤密度分布, 设定一个零损伤密度所对应的激光能量密度作为所测样品的激光损伤阈值。同时利用国际标准1-on-1激光损伤阈值测试方法对同一样品进行激光损伤阈值测试, 并将两种测试方法获得的损伤阈值进行了比较分析, 证明基于高斯脉冲激光空间分辨的激光损伤阈值测试方法, 解决了国际标准1-on-1激光损伤阈值测试中将高斯光斑内空间能量密度以及损伤点的不均匀分布等效地视作均匀分布所带来的问题。

为满足现代工业各领域对高精度、大测量范围、实时性测量的要求, 提出一种高精度激光追踪测量方法, 来实现对随动目标的精密追踪测量。基于四象限探测器的激光追踪测量系统可实时地测量入射激光光斑相对于四象限探测器中心的偏移量, 利用响应速度快的伺服电机、可编程多轴运动控制器(PMAC)的运动控制卡构建闭环控制系统, 实现高精度快速激光追踪测量。实验结果表明, 所提出的高精度激光追踪测量方法实时性好、测量精度高; 当在激光光斑距离四象限探测器中心±1000 μm范围内追踪测量时, 光斑偏移量误差为31.2 μm, 激光光斑返回四象限探测器中心的平均时间为0.259 ms。

在激光超声可视化成像过程中, 外界噪声、入射波等干扰导致了图像质量下降, 造成了缺陷识别能力不足。利用局部统计滤波算法降低散斑噪声干扰, 通过考察平均梯度和熵值以评估降噪效果。利用二阶微分算子对降噪后的图像进行图像增强, 比较了不同微分算子的图像增强效果。提出利用罚函数方法抑制入射波对缺陷散射波的干扰, 通过权重因子和正则化因子的变化考察了峰值信噪比和结构相似性的变化趋势, 并与相邻波相减抑制入射波方法进行了对比。结果表明, 通过图像处理方法可以改善激光超声可视化图像质量, 突显缺陷信息。

光栅拼接技术是获得拍瓦激光系统中大口径光栅的一种有效技术途径。通过设计五自由度并联拼接机构, 采用滚珠丝杠+压电陶瓷的宏/微双重驱动技术实现毫米工作范围内纳米精度的定位。通过基于有限元法的位移耦合特性分析表明, 该机构具有较高的线性度, 位移耦合所产生的误差为纳米级, 光栅拼接的相对角度偏差小于0.2 μrad, 位移偏差小于20 nm。将两块200 mm×400 mm的光栅安装在该拼接机构上进行实验研究, 获得了清晰的远场焦斑图像, 证明该机构可以满足大口径拼接光栅系统的精度要求。

提出了一种基于马赫-曾德尔干涉仪(MZI)产生高阶庞加莱球上任意矢量涡旋光束的方法。利用半波片和偏振分光棱镜组合调节支路光束振幅, 搭配常用的两个半波片组调节合成光束的相位, 进而生成并变换矢量涡旋光束, 优化了传统的实验光路, 降低了光束能量损耗, 利用1/4波片实现不同高阶庞加莱球上矢量涡旋光束的变换。与现有的基于马赫-曾德尔干涉仪矢量光束生成方法比较, 该光路结构简单, 光束转换效率提高。在理论上, 通过琼斯矩阵计算, 在拓扑荷数为m=±1高阶庞加莱球上得到了各矢量涡旋光束的偏振态。根据该方法搭建了一套矢量涡旋光束产生的实验光路, 实验结果与理论分析一致, 证明了这种方法的实用性。

针对惯性约束聚变装置中多色光谱色散匀滑技术在集束中的运用, 提出了对电光调制器、色散光栅和连续相位板(CPP)等主要单元器件进行独立设计和优化的思路。基于这一思路, 分别模拟和分析了电光调制器、色散光栅和CPP等单元器件的参数对集束辐照特性的影响。提出了优化的多色光谱色散匀滑方案参数, 并仿真了束匀滑参数对激光束纵向成丝特性的影响。结果表明,通过优化不同子束的电光相位调制器和色散光栅参数,可以进一步改善靶面的辐照均匀性。当集束中各子束采用不同的CPPs时, 焦斑均匀性得到有效改善, 热斑比例明显降低。采用功率谱密度对激光束的光束质量进行分析, 结果表明多色光谱色散匀滑方案能有效降低峰值强度, 使光强分布更加均匀, 从而有利于抑制激光束成丝。

基于混沌同步, 构建安全性增强的双向长距离混沌保密通信系统。结果表明：在合适的双混沌光注入参数下, 驱动激光器(DL)可以产生低时延特征(TDS)、宽带宽的混沌信号; DL输出的混沌信号注入到2个响应激光器(RLs)中, 通过优化注入参数, 2个RLs可输出TDS更低、带宽更宽的混沌信号, 且2个混沌信号在实现高质量混沌同步的同时与DL输出混沌保持极低的相关系数(小于0.1); 基于2个RLs之间高质量的混沌同步, 可实现安全性增强的双向远距离混沌保密通信。采用色散位移光纤作为传输信道, 20 Gbit/s的信息在传输120 km后, 解调信息的Q因子大于6; 而采用普通单模光纤作为传输信道, 1 Gbit/s的信息在传输140 km后, 解调信息的Q因子大于8。

为了消除固定分析仪法测量偏振模色散系统中的噪声, 提高测量精度, 提出了一种基于经验模态分解自适应滤波法的偏振模色散测量方案。该滤波法将信号按照其频谱特征进行多层分解, 获得有限个频率从大到小的本征模态函数, 利用连续均方误差准则进行噪声滤除及信号重构, 有效地消除了噪声对测量结果的影响。实验对比了经验模态分解自适应滤波和维纳滤波2种滤波方案的测量结果, 并与商用偏振模色散测量仪的测量结果进行了比较。结果表明, 对不同种类、长度的光纤, 本方案的测量结果与参考值的误差最大为0.74%, 明显提高了测量结果的精度。

为了适应高精度光纤时频传递与光纤通信网融合的发展趋势, 对光纤通信网中常用的波长选择开关(WSS)的时频传递性能进行了研究。基于波分复用、单纤双向还回和光学真时延补偿的方案搭建了一套高精度光纤时频传递系统, 研究了WSS的输出端口、输出损耗和输入光信号的偏振态变化对时频传递性能的影响, 并在此基础上研究了含WSS的时频传递系统的开闭环特性以及闭环情况下WSS的动态切换对时频传递系统的影响。实验结果表明, WSS的引入对光纤时频传递性能的影响是可以控制的, 证实了在含WSS的商用光纤通信网中进行高精度时频传递是可行的。

提出了一种利用混合蛙跳算法(SFLA)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)算法的混合优化算法, 并将其应用到多峰Brillouin散射谱的特征提取中。SFLA-LSSVM混合优化算法利用SFLA对LSSVM算法中的惩罚因子C和核函数中的核宽度σ进行寻优, 避免了LSSVM算法陷入局部最优导致的Brillouin频移误差较大。通过对相同信噪比、不同线宽以及相同线宽、不同信噪比2种情况下的多峰Brillouin散射谱仿真分析以及实验验证, 拟合适应度为0.0067, 拟合度为99.99%, Brillouin频移误差为0.18 MHz。实验结果表明SFLA-LSSVM混合优化算法能够精确地对多峰Brillouin散射谱进行拟合, 同时该算法具有拟合精度高、均方误差小、运行速度快的特点, 为多峰Brillouin散射谱的特征提取提供了一种新方法。

介绍了光学超振荡的原理及设计方法, 利用纯振幅调制的空间光调制器(SLM)-数字微镜器件(DMD), 从实验上获得局部超分辨的超振荡光场, 并采用空间频谱分析的方法进行验证。 实验结果表明, 产生的超振荡光场中超振荡区域的特征尺寸为衍射极限的60%, 经空间频谱的分析可知, 所产生的超振荡光场中并没有超过衍射极限的高空间频率成分产生。

级联晶体能有效扩展倍频器件的温度适用范围。在考虑空气色散的基础上推导出了级联晶体倍频过程中的能量转换效率公式。根据该公式, 通过仿真计算出了级联两KTiOPO4晶体倍频1064 nm激光时转换效率随温度变化的特性, 并进行了实验验证。实验结果表明：级联晶体中倍频光能量随晶体间距呈余弦分布, 空气色散引起的相位失配量为2π的整数倍时, 级联晶体的倍频温度特性最佳, 最大转换效率可达47.9%, 比单个KTP晶体倍频时的最高效率高12.9%, 温度半宽度可达78 ℃, 是单个KTP晶体倍频温度半宽度的两倍。提出的理论分析能合理解释级联晶体倍频过程中的实验现象, 有助于提高倍频激光的温度稳定性。

为了分析大口径融石英光栅反射衍射导致的受激布里渊散射(SBS)损伤, 建立了光栅的设计分析模型, 计算了光栅从1到6级次的反射衍射角、焦距及效率; 根据SBS原理分析了未施加相位调制和施加相位调制下融石英光栅反射衍射的SBS增益及强度, 并结合工程实例验证了该分析结果的可靠性。实验结果表明：在未施加相位调制时, 融石英光栅反射衍射的SBS强度大, 元件损伤严重, 寿命短; 施加相位调制后, 光栅反射衍射的SBS增益大幅降低, SBS强度小于融石英的损伤阈值, 元件寿命得以显著延长。在实际的高功率激光系统中, 必须施加相位调制以抑制光栅反射衍射的SBS损伤。

针对水下遥操作作业时目标深度定位及水下复杂环境成像困难的问题, 利用基于相机阵列的信息获取系统, 使用基于深度的集成成像三维重建算法及相邻像素灰度方差评价函数, 实现了一次处理可同时实现有遮挡情况下目标的深度估计及清晰成像。应用LabVIEW软件编程建立了CCD相机自动扫描阵列成像系统, 对存在遮挡物的水中目标场景进行成像及深度重建实验, 场景中位于不同深度的3个独立目标重建深度值与实际深度值的误差分别为0.21%、1.26%和1.34%。实验结果表明, 应用该方法仅需一次重建即可去除遮挡物, 并获得目标的深度值。

提出了一种亚波长金属光栅/电介质/金属混合波导传感结构, 在结构中可产生导模共振模式、表面等离子激元共振模式和局域表面等离子体模式, 模式之间互相耦合, 从而在反射光谱中形成两个窄带共振缺陷峰。通过研究共振缺陷峰处磁场分布和结构参数对反射谱的影响, 分析了结构中的共振模式。根据导模共振原理和表面等离子体共振形成条件, 建立共振缺陷峰波长与结构参数之间的关系模型, 通过观察共振缺陷峰波长的漂移实现待测样本气体浓度的动态实时监测。以多孔硅为传感载体、甲醛气体为待测样本, 分析传感器的品质因数和灵敏度。结果表明, 两个窄带共振缺陷峰的品质因数分别可达42.3 RIU-1和78.5 RIU-1, 灵敏度分别为466 nm/RIU和628 nm/RIU。

提出了一种分布式光纤振动和温度传感系统。该系统在双马赫-曾德尔干涉仪分布式振动传感系统的框架上, 采用波分复用的方法在一条传感臂上耦合两种波长的光, 并行实现了基于激光干涉的分布式光纤振动传感和基于拉曼背向散射的分布式温度传感, 从而达到了振动和温度双物理量的同时探测。该方法有效利用了双马赫-曾德尔干涉仪的传感光纤, 在实验中实现了10 km长度上振动和温度双物理量的同时探测, 振动传感的定位误差为±30 m, 温度传感的空间分辨率和温度精度分别为1 m和±1.8 ℃。该系统的优点是将激光干涉和拉曼背向散射有效结合, 实现了复杂环境中对振动和温度同时探测的需求, 并有效利用了传感光纤, 具有重要的实际意义和经济价值。

激光回波强度为点云数据的一种属性信息, 是目标对发射激光光束后向散射回波的光功率, 可以反映目标物体的表面特性。毛竹表面特征由其生理生长特性决定, 通过分析激光回波强度信息, 构建不同年龄竹秆的节间与激光回波强度的关系模型, 比较不同年龄毛竹拟合激光回波强度与实测激光回波强度的均方根误差, 以此判别毛竹的年龄, 并验证分析模型精度。结果表明：不同年龄和不同节间毛竹竹秆激光回波强度差异性显著, 节间内激光回波强度的差异性不明显; 该方法判别年龄的准确率达到92.5%, 地面三维激光扫描技术可为快速测算毛竹生物量提供竹龄参数。

提出了基于波长调制光谱(WMS)方法实现非均匀燃烧场气体温度和H2O组分浓度场二维重建的测量方法。利用实验测得的2f/1f信号, 通过数值仿真与迭代实现了激光穿过非均匀燃烧场后积分吸光度的测量, 进而利用重建算法实现了燃烧场的二维分布测量。选用H2O的两组谱线对针对单高斯分布和阶跃分布模型开展了数值仿真研究, 并采用频分复用方法在平面燃烧火焰中开展了实验研究。结果表明：基于WMS方法的二维重建测量精度较高, 在单高斯分布模型中, 7185.60 cm-1和7454.45 cm-1谱线对的温度和H2O浓度的重建误差分别小于2%和2.5%; 在对温度敏感的区间内, 所选谱线对的重建误差较小, 在对温度不敏感的区间内, 重建误差较大; 火焰中心区域的重建结果与预测值一致, 温度重建误差小于3.2%, 在温度阶跃变化的边缘区域, 重建效果较差, 原因在于WMS方法和代数迭代算法对温度阶跃变化流场不敏感。

全固态激光器（DPL）具有效率高、结构紧凑、可靠性高、可获得高功率和高光束质量输出等优点，因此成为固体激光器的一个重要发展方向。具有高平均功率、高重复频率的绿光激光源可应用于可调谐激光的抽运源、海洋探测、光电对抗、污染检测、激光医疗、同位素分离、激光表演等方面。