研究了一种VCSEL（垂直腔表面发射激光器）侧面抽运的全固态激光器, 报道了一种可以稳定工作的紧凑型Nd∶YAG激光器。该激光器采用VCSEL阵列进行侧面抽运, 利用微透镜阵列对VCSEL阵列进行准直, 并以柱透镜将抽运光整形为线形光束以获得足够高的功率密度, 以Cr4+∶YAG作为可饱和吸收体进行被动调Q, 最终得到重复频率为40 Hz、脉宽为4 ns及单脉冲能量为2.1 mJ的激光输出。测试结果表明, 该激光器在较大的温度范围内都可以实现稳定的激光输出, 同时具有结构紧凑、高抗失谐和高抗振动的特性, 可作为未来空间激光探测及其他特殊环境下应用的光源。

通过数值模拟光丝与负电晕相互作用过程中的空间电场分布,实验观测飞秒激光诱导负电晕放电现象, 研究了空气中飞秒激光光丝与针-板电极结构中产生的负电晕之间的相互作用的规律和机理。模拟和实验结果表明,在相互作用过程中, 光丝末端出现高于雪崩电离阈值的空间电场分布, 产生了负电晕放电现象。通过调控光丝长度可以控制负电晕的作用区域, 由此提出一种全光诱导负电晕的新方法。

波长为2 μm的中红外掺铥光纤激光器可广泛应用于激光医疗、人眼安全雷达、非金属材料加工、光电对抗等领域, 具有其他类型光纤激光器不可替代的重要作用。报道了一种全光纤结构波长可调谐被动锁模掺铥光纤激光器。该光纤激光器利用半导体可饱和吸收镜与高双折射率光纤环镜实现锁模皮秒脉冲与波长可调谐激光输出。高双折射率光纤环镜由2×2激光分束器和高双折射光纤组成, 实验中通过改变光纤环镜中高双折射光纤的温度, 得到了中心波长可调谐范围为1952~1967 nm, 调谐宽度为15 nm, 重复频率为 29 MHz, 最短脉冲宽度为6 ps的可调谐皮秒脉冲激光输出。

研究了室温下784.9 nm和808 nm的激光二极管(LD)抽运Tm/Ho键合激光器, 增益介质是由Tm∶YAG和Ho∶YAG晶体扩散键合而成的Tm/Ho∶YAG键合晶体; 对两种LD抽运源下的Ho激光性能, 包括输出功率、光束质量、输出波长进行对比。低抽运吸收功率下, 采用808 nm LD抽运的激光器效率稍低于784.9 nm LD, 验证了基于Tm/Ho键合增益介质这一新型激光实现机制在抽运波长选择上的宽可适用性。在784.9 nm的抽运波长下, 实现了室温下最高1.89 W的激光输出, 光-光转换效率为26.4%, 斜率效率为40.78%; 在常规808 nm LD的抽运下, 实现了室温下最高1.74 W的激光输出, 光-光转换效率为24.4%, 斜率效率为40.31%。两种抽运条件下, 最高输出功率所对应的激光波长均在2122 nm附近。

提出了基于空间光调制器(SLM)的飞秒激光双模式双光子聚合加工方式。通过在空间光调制器上加载相应的全息图, 可以实现焦点控制扫描加工和图形化曝光加工模式。 这两种加工模式不但可以保证加工质量, 而且能够提高双光子聚合加工的效率。采用这两种不同的模式, 分别加工了里约奥运会会徽和不同形状的图案, 验证了这两种加工方式在微纳加工领域的可行性。

设计并搭建了可调谐飞秒光学参量振荡系统, 研究了不同腔长处信号光的稳定性, 通过比例积分控制系统控制腔长, 分别利用功率锁定和波长锁定两种方法提升了系统的信号光输出稳定性, 对比了两种方法分别对信号光输出功率和光谱稳定性的提升效果, 研究了两种锁定方式的锁定特点。实验中, 利用光纤飞秒激光器抽运PPLN晶体, 实现了信号光中心波长在1317~1610 nm连续调谐。通过功率锁定, 将15 min内信号光的功率稳定性提升至0.16%, 波长稳定性提升至0.35%; 通过波长锁定, 将15 min内信号光的功率稳定性提升至0.25%, 波长稳定性提升至0.03%, 利用两种方法都实现了信号光输出功率和波长稳定性的提升。不同的应用领域对于飞秒光学参量振荡器输出信号光功率稳定性及光谱稳定性有不同的要求, 本研究对比了两种锁定方式的锁定效果, 为今后相关研究提供了实验依据与参考。

宽面发射半导体激光器的光谱合束技术对发展高功率直接半导体激光光源具有重要意义。光栅外腔光谱合束基于光栅的波长选择特性和外腔半导体激光技术,实现单个合束单元的光谱锁定和所有合束单元的合束输出,输出光束质量与单个合束单元相当,亮度和功率得到很大提高。基于两个半导体激光器短阵列叠阵,进行了无输出耦合镜光栅外腔光谱合束实验研究,实现了12个半导体激光器短阵列的光谱合束。分析了光谱合束的输出光谱、输出功率和光束质量,在70 A的抽运电流下,连续输出功率为578 W,光谱带宽为10.26 nm,电光转换效率46.5%。

基于声光频移器设计的反馈环路, 对397.5 nm紫外激光功率起伏进行反馈抑制。整套系统通过比例积分电路得到的误差信号来改变声光频移器的射频功率, 利用声光频移器的布拉格衍射方式对激光功率进行控制, 从而实现激光功率的长时间稳定。另外还对通过倍频产生的紫外激光特性进行了分析。最后, 通过反馈系统在时域上实现了紫外激光功率的相对起伏, 由±11.739%降至±0.053%, 稳定度改善约220倍; 在频域1~8000 Hz范围内, 其功率谱密度得到明显的降低; 在5 kHz频率处, 功率谱密度由9.6×10-5 dBV·Hz-1/2改善为1.9×10-6 dBV·Hz-1/2。

以二硫化钼(MoS2)为代表的新型“类石墨烯”二维材料具有带隙可调、调制深度高、宽带可饱和吸收等优点, 在超快脉冲激光器中获得了广泛应用。采用锂离子-插层法制备MoS2纳米片溶液, 通过超声、离心、旋涂、干燥等工艺制作了高质量MoS2可饱和吸收体(SA)。利用拉曼光谱和原子力显微镜等方法对制备的MoS2薄膜进行了表征, 结果表明, 该MoS2薄膜为少层结构(2~3层)且具有良好的均匀性。将该MoS2 SA置于W型全固态激光器系统中, 实现了1063.9 nm稳定的被动锁模运转。实验中, 当吸收抽运功率达到6.86 W时, 脉冲平均输出功率为894 mW, 单脉冲能量及峰值功率分别为10.28 nJ和2.056 kW, 锁模脉冲宽度为5 ps。

对激光熔注过程进行了多物理场仿真, 分析了电磁复合场参数对熔池内部流场、温度场和颗粒分布的影响规律, 并通过实验进行了验证。结果表明, 电磁复合场的施加可抑制熔池流速, 但对其温度场的分布无明显影响。当施加与重力同向的定向洛伦兹力时, 大部分增强颗粒集中在熔注层上层区域; 反之, 大部分增强颗粒集中在下层区域。

为了减小多晶硅表面的反射率, 采用皮秒激光在多晶硅片表面制备阵列孔绒面, 分析了激光参数对制绒深度的作用机理, 优选出实验参数：激光功率为15 W, 脉冲频率为25 kHz, 扫描速度为0.9 m/s, 扫描次数为2。利用优选参数验证了制绒孔距对多晶硅片表面反射率的影响, 并通过PC1D软件模拟出不同制绒硅片的开路电压和短路电流。结果表明, 当孔距为30 μm时, 多晶硅表面形成的孔最为紧密, 形貌最好, 其孔密度为1.17×105 counts·cm-2, 表面反射率为6.95%, 多晶硅电池光-电转化效率提升至18.45%。

主要研究了激光增材制造GH4099合金在不同热处理状态下的显微组织与室温拉伸性能。研究结果表明：沉积态试样的显微组织主要由外延生长的柱状晶组成, 沉积态试样经过1120 ℃的固溶处理后发生了明显的再结晶, 柱状晶内部的枝晶形貌消失, 转变为细小的等轴晶组织, 而且在等轴晶内部存在许多孪晶界; 与固溶态试样相比, 时效处理后的组织没有明显差异, 显微组织仍然由细小的等轴晶组成, 晶粒没有长大, γ基体上有明显的γ′相弥散析出; 对比3种状态下的室温拉伸性能可以发现, 固溶态试样的强度最低, 塑性最高, 而固溶-时效态试样的室温力学性能最好, 呈现出较高的强度和塑性。这主要是因为高温固溶过程中发生了完全再结晶, 试样内部的位错密度有所降低, 而且没有γ′相的析出强化, 而在时效过程中, γ′相充分析出阻碍了位错运动。

在焊接过程中, 熔池的流动特征与气孔、咬边等缺陷密切相关, 对熔池的结晶过程以及焊缝成形也有重要影响。以低合金高强钢为研究对象, 通过钻孔填埋ZrO2颗粒作为示踪粒子, 利用高速相机记录匙孔位置、电弧形态及熔池的流动特征, 研究了不同光丝距下激光-电弧复合焊接熔池表面的流动规律。结果表明：当光丝距为1 mm时, 匙孔位置不稳定, 发生了漂移现象, 示踪粒子绕过电弧作用区后沿中轴线流向后方; 当光丝距增加至3 mm时, 匙孔位置相对稳定, 但示踪粒子在流动过程中出现了典型的卡门涡街现象; 随着光丝距进一步增加至5 mm时, 匙孔位置稳定, 但示踪粒子在流经激光与电弧中间区域时出现了停滞现象, 此条件下示踪粒子的运动距离最大。通过对比三种光丝距下的焊缝截面形貌可以发现：当光丝距为1 mm时, 焊缝底部存在气孔缺陷, 这是光丝距过小导致匙孔不稳定而造成的工艺性气孔; 当光丝距为5 mm时, 两热源间距过大, 导致两热源的耦合效率下降, 熔深显著减小; 当光丝距为3 mm时, 焊缝无缺陷, 且熔深最大。

为获取高密度热流烧蚀对石英/环氧透波材料电性能的影响机理, 利用连续激光作为加载源开展了烧蚀实验, 对材料的介电常数进行测试; 通过环氧树脂、石英纤维的TG-DSC分析, 得到了石英/环氧透波材料的热损伤演化过程; 利用透射红外光谱法、X射线衍射法测试激光烧蚀后材料表面的红外吸收光谱和晶态物质, 并结合扫描电镜观察了材料表面的烧蚀形貌。结果表明：在7~17 GHz激光频率下进行烧蚀后, 材料的介电常数约为4.5, 较烧蚀前增大了近50%; 激光烧蚀导致材料的介电常数增大, 这是由于激光烧蚀使环氧树脂发生热分解、裂解, 在其表面原位生成了具有导电能力和呈岛链状分布的石墨化碳所致; 激光烧蚀造成材料表面粗糙、疏松, 使得材料对电磁波的反射、散射作用增强, 对电磁波的透射能力减弱。

通过激光-CMT复合焊试验, 研究了激光波长对熔滴过渡行为的影响。结果表明, 激光通过改变熔池形态和加热焊丝影响了熔滴过渡过程, 激光-CMT复合焊过程比CMT焊接过程稳定。CO2激光对熔滴体积的影响较大, 当CO2激光功率较小时, 激光可以促进熔滴过渡; 当CO2激光功率增大后激光会阻碍熔滴过渡。光纤激光对焊丝加热的作用较小, 但可以增大熔滴过渡频率。CO2激光和光纤激光等离子体温度均随激光功率的增大而升高, 但CO2激光等离子体呈团状喷发, 而光纤激光等离子体几乎不喷发。

利用光纤激光-MAG复合焊工艺焊接了14 mm厚的EH36高强钢, 研究了激光功率、焊接速度和焊接电流对焊缝成形的影响, 并分析了优化工艺下焊接接头的组织和性能。结果表明, 随着激光功率的增大, 焊缝的熔深增大, 熔宽基本不变; 随着焊接速率的增大, 焊缝的熔宽减小; 随着焊接电流的增大, 焊缝的熔宽基本不变。最佳焊接工艺下得到的焊缝成形良好且无焊接缺陷存在; 焊缝及热影响区的组织主要由板条马氏体组成; 焊缝金属的硬度大于母材的; 拉伸试样断裂位置在母材; 焊缝横向侧弯试验后, 拉伸面没有出现裂纹; 焊缝冲击试样断面为准解理断口形貌。

采用激光增材制造技术制备了钴基高温合金DZ40M, 研究了沉积态DZ40M的微观组织, 对比分析了不同热处理制度下DZ40M的微观组织及力学性能。结果表明, 激光增材制造技术得到的DZ40M组织比传统定向凝固的更细, 拉伸强度及塑性都有不同程度的增大。1280 ℃固溶处理能够使DZ40M的初生碳化物充分固溶并析出新的共晶组织, 再经950 ℃或者1020 ℃的时效处理, 有二次碳化物析出, 时效处理对DZ40M力学性能起到良好的强化作用, 并在一定范围内保留其塑性, 其中1280 ℃/4 h＋1020 ℃/12 h热处理制度处理试样, 能够在提高室温抗拉强度的同时, 最大程度地保留沉积态塑性。

为降低3D打印铜合金的生产成本, 采用水雾化法制备的Cu-10Sn合金粉末作为原材料,进行激光选区熔化(SLM)试验。通过优化打印工艺参数获得几乎全致密的Cu-10Sn合金块体, 其相对密度达99.7%。制备的Cu-10Sn合金主要由金属间化合物Cu41Sn11及α-Cu固溶体两相组成, 其晶粒形态主要为沿凝固方向形成的柱状树枝晶和枝晶间相, 并且在晶内分布有高密度位错。在准静态拉伸条件下, 其屈服强度为(392±6) MPa, 抗拉强度为(749±5) MPa, 塑性变形量为29%±2.3%, 综合力学性能远高于铸态 Cu-10Sn合金。

基于高反射膜层和Gires-Tournois(G-T)腔, 优化设计了一对低振荡高色散镜。该色散镜对的中心波长为800 nm, 能够在680~920 nm的带宽范围内提供-200 fs2的平坦的群延迟色散。基于双离子束溅射工艺, 利用Nb2O5和SiO2制备了低振荡高色散镜对, 并将其应用于800 nm钛宝石激光器系统。通过高色散镜对2次,100.8 fs 激光脉冲被压缩至19 fs。

利用Ar+等离子体处理ZnO纳米线, 通过对不同处理时间后的样品进行变温光谱测试, 分析了处理前后ZnO发光性质的变化。结果表明：随着处理时间的增加, 其室温带边发光强度先增加后减小, 处理90 s时是原生样品的2.45倍, 位于可见区的缺陷发光得到了抑制。通过10 K下发光谱的对比, 分析了等离子体作用的机理。当处理时间较短时, Ar+等离子体可以有效除去ZnO纳米线表面的杂质和缺陷, 提高其紫外发光强度; 而处理时间较长时, 将引入更多的深施主态缺陷, 破坏其晶体结构, 从而降低其发光性能。

采用高温热熔融法制备了CdTe量子点掺杂的硅酸盐玻璃, 测试了其拉曼、吸收和发射光谱, 验证了量子点掺杂玻璃的量子尺寸效应。在飞秒激光（800 nm和960 nm）激发下, CdTe量子点掺杂玻璃产生了上转换荧光, 证明了其为双光子吸收诱导发光, 发现双光子荧光对激发波长有一定的范围要求, 测得CdTe量子点掺杂玻璃的非线性吸收系数可达3.62×10-11 m/W。

采用连续过滤快速横向生长技术, 有效增大了磷酸二氢钾(KDP)晶体的Z向长度, 提高了单位晶体II类元件的切片率。使用不同剂量的γ射线辐照II类晶体坯片后, 测试其光学性能与抗激光损伤阈值。研究结果显示, 不同剂量的γ射线辐照不会改变晶格内部的振动模式, 但会降低912 cm-1处的晶格振动强度; γ射线辐照诱导缺陷的种类不变, 但随着辐照剂量的增大, 缺陷浓度增大; 晶体坯片的损伤阈值随着辐照剂量的增大而减小。

三维(3D)点云数据在智能驾驶、遥感测量和虚拟现实等领域的应用越来越广泛。针对室外大场景, 提出了一种兼顾快速性与准确性的三维点云分类算法, 该算法首先对原始点云进行离群点去除, 并在现有地面滤波算法的基础上,结合点云法向量差信息滤除地面点; 然后再使用具有噪声的基于密度(DBSCAN)的聚类算法对非地面点云进行分割, 同时针对点云的过分割问题采用了就近融合的策略; 再提取出不同物体点云的全局特征, 包括垂直方向切片采样直方图和质心距直方图, 以及点云的二维投影图像方向梯度直方图(HOG)特征; 最后, 通过支持向量机(SVM)分类器分类, 得到较为精确的三维点云分类结果。实验结果表明:所提算法可以将复杂的室外大场景分类为较为准确的单个物体, 并且具有较高的精确率以及召回率; 相较于其他算法, 所提算法的效率有了较大提高。

针对激光引信常用的恒比定时时刻鉴别法的饱和漂移误差问题, 提出了一种前沿判别与恒比定时复合的时刻鉴别方法及其误差补偿模型。建立了恒比定时时刻鉴别的漂移误差模型, 分析了饱和漂移误差随回波信号理论峰值电压的变化规律; 提出了基于复合时刻鉴别法的漂移误差补偿方法, 建立了复合时刻鉴别的漂移误差补偿数学模型, 得到了修正的脉冲激光测距公式, 并进行了测距精度验证实验。结果表明, 复合时刻鉴别及误差补偿修正方法可有效减小系统误差, 测距精度可控制在±0.3 m以内。

基于颗粒光散射成像原理, 通过测量聚焦面上的零级谱与一级谱之间的距离, 即可得到该颗粒的折射率。分析了成像系统接收角和放大率偏差对颗粒折射率测量精度的影响, 给出了接收散射角和放大率的取值范围。提出了一种基于线性拟合精确确定散射角和放大率的实验方法, 并对直径为45 μm的标准聚苯乙烯(PSL)颗粒和19.1 μm的玻璃颗粒的折射率进行测量, 相对测量误差分别为-0.19%和1.53%, 验证了所提方法的有效性。

详细介绍了基于数字散斑相关技术的三维重建方法, 包括双目立体视觉基本原理以及散斑三维重建基本流程。重点分析了整像素对应点查找方法以及基于牛顿-拉弗逊迭代的亚像素插值算法, 实现了散斑亚像素级三维重建。针对数字散斑相关计算模型, 分析了影响相关系数的因素, 并围绕相关系数计算和亚像素同名点插值精度两方面重点分析了二值随机散斑和灰度随机散斑的三维重建效果。通过设计不同尺寸颗粒的散斑图案和采用不同大小的相关计算窗口, 分别对平面陶瓷板和陶瓷标准球进行了三维重建精度分析。实验结果表明, 二值散斑能获得更高的重建精度。

为解决傅里叶变换法处理干涉图的去载频误差问题, 并准确地恢复激光待测相位, 提出了一种基于高斯光束传播性质的相位恢复方法。激光器输出的高斯光束沿其传播方向的横截面上, 其相位为一对称的凸面或凹面, 凸面或凹面的曲率与传播距离有关。根据这一性质求出载频大小, 并最终恢复待测相位。理论上该方法可以精确计算得到载频的大小, 并高精度地恢复待测相位。数值仿真与实验结果都证明该方法可以准确地恢复待测相位。

在强背景下的窄线宽激光回光探测研究中, 采用光谱滤波的方式可以滤除背景光, 提高探测系统的信噪比; 对于光栅滤波系统而言, 考虑到信号光经过大气信道传输后会引起波前相位畸变, 而这会对系统的滤波性能产生一定影响, 故而有必要对其进行深入研究。针对光栅光谱滤波在激光大气传输探测方向的应用, 从激光大气传输理论和光栅衍射原理出发, 建立了光栅在入射光场为大气扰动光场时的光谱光强分布仿真模型, 分析了大气相干长度以及系统结构参数对系统性能的影响, 给出了光栅光谱滤波技术系统及大气适用条件, 当大气相干长度r0>0.05 m时, 得到了亚纳米级的光谱滤波线宽(半峰全宽FWHM为0.3 nm), 有效光谱的透射率也超过了0.90, 并通过大量仿真实验进行了验证。

针对影响高功率激光系统输出性能的空间周期性调制, 提出并分析讨论了一种新的基于相位载波灵活补偿控制的方法。首先, 理论分析了本文方法对空间周期性调制的空间频率的控制, 通过改变相位载波的幅度调节空间频率的强度, 并且对于振幅型周期性调制, 相位载波的周期可以改变空间频率强度极大值的位置。然后, 进行了相位载波对振幅型周期性调制的空间频率影响的实验, 实验结果和数值模拟验证了该方法的可行性, 并对加载相位载波前后的输出近场图及对应的一维平均功率谱密度曲线进行了对比, 加载相位载波后, 空间频率的峰值下降了一个量级, 并降低到了本底值附近。该方法为高功率激光系统中敏感的空间周期性调制的补偿和控制提供了一个新的思路。

模拟分析了大功率半导体激光器的稳态温度场, 通过温度场计算半导体激光器的热透镜焦距及其对慢轴发散角的变化量, 并获得半导体激光器的热功率及其关系。分析表明, 相同条件下热功率与热透镜焦距近似为反比关系, 与慢轴光束发散角近似为线性关系。当热功率达到10 W时, 热透镜焦距为568 μm, 慢轴发散角增加约10°。实验测量了不同工作电流条件下激光器的慢轴发散角, 结果显示模拟值与实验值基本一致。

在自由空间相干光通信的精跟踪系统中, 利用光纤章动或快反镜章动探测角度误差具有降低损耗、简化系统结构等优势, 但这两种方法都需要引入机械运动部件。为此, 提出了利用声光偏转器实现无机械扫描的信号光角度误差的提取方法, 建立了提取角度误差的理论模型, 分析了可能的误差来源, 搭建了一套验证探测角度误差的系统, 测量精度优于1/10信号光发散角, 不会影响后续的相干解调。

基于蒙特卡罗方法对水下激光脉冲长距离传输进行了模拟仿真。根据激光脉冲在水下的展宽情况及脉冲能量的变化规律, 系统采用波长为532 nm、单脉冲能量为1 mJ的全固态脉冲激光器作为发射光源, 采用口径为100 mm、接收视场角为15°的望远镜作为接收机。采用现场可编程门阵列(FPGA)进行低密度奇偶校验码(LDPC)编码和脉冲位置调制(PPM), 经光电转换及采样后的接收端信号被发送到上位机进行后处理。最后, 基于研制的实验系统开展了水池实验, 以验证系统性能。理论与实验结果表明, 在Jerlov Ⅱ类水质条件下, 误码率情况相同时LDPC编码与PPM相结合的通信系统可获得2.34 dB的编码增益。实验证明该系统可以实现水下130 m处误码率低于10-5的可靠通信。

针对一倍时隙频率异步采样的脉冲位置调制(PPM)系统, 提出一种基于保护时隙的时钟同步技术。在发送端每个PPM信号中安排一个或多个保护时隙, 根据保护时隙位置只有背景光子, 而其他时隙既有背景光子也有信号光子的特性实现时钟同步。在接收端, 将采样输出的数据以PPM信号中时隙个数为周期进行统计计数, 基于保护时隙的统计分布特性对定时偏差进行粗同步, 通过插值匹配搜索方式完成定时精同步。仿真结果表明, 所提方法能够在大定时偏差范围内实现有效同步, 适当增加保护时隙数或增大统计数据量能获得较为理想的系统误码性能。

利用改进化学气相沉积(MCVD)工艺结合原子层沉积(ALD)掺杂技术制备铋铒共掺石英光纤(BEDF), 对其进行熔融拉伸处理, 研究其近红外发光特性。实验结果表明, 随着拉伸长度增加, BEDF的透射谱强度下降, 同时, 在980 nm抽运光激发下, 铋活性中心（BACs）在940 nm和1100 nm波段处荧光的强度随着拉伸长度的增加而明显增强, 当拉伸长度为1.5 cm时, 分别增加8.2 dB和9.7 dB。经熔融拉伸处理后, 仅4.9 cm长的BEDF的荧光强度增强, 这可能是因铋离子的价态变化和铋活性中心浓度的下降所致。这对研究铋相关发光材料在近红外波段的发光机理, 提升发光中心的发光效率具有重要的意义。

为提高光载无线（RoF）系统传输容量, 提出了一种基于四倍频矢量信号生成及波长重用技术的双向RoF传输系统。该系统中, 下行链路由基于受激布里渊散射效应的窄带光带阻滤波器和Sagnac环在光域实现四倍频矢量信号调制; 在基站端, 未调制的边带由检偏器滤出作为上行链路光载波实现波长重用。传输实验验证了24 GHz的四倍频正交相移键控（QPSK）信号的拍频产生, 并测试了码率为400 Mbit/s的8 GHz下行频带QPSK和400 Mbit/s的上行基带开关键控（OOK）信号的6.15 km光纤传输。实验结果验证了该系统的可行性。

高速调制信号的慢光技术在未来高速光通信和光信号处理等领域具有重要的应用前景。基于光滤波法, 提出了半导体光放大器(SOA)与带通滤波器串联的结构, 实现了高速调制正弦信号和归零伪随机码（RZ-PRBS）脉冲信号动态可调时延的关键技术。对于正弦信号, 当调制频率为5 GHz信号光经过光滤波结构时, 改变SOA的注入电流, 能够实现40%和-10%的基频相对延时量; 对于RZ-PRBS光脉冲信号, 波长为1549.735 nm(1550.525 nm), 脉宽为100 ps的光脉冲信号入射滤波结构, 改变SOA的注入电流, 实现脉冲包络44.6 ps(96.3 ps)的可调延时。实验数据表明, 利用所提出的光滤波结构, 通过改变SOA的注入电流, 能够实现高速调制信号的可调延时。在精确控制SOA注入电流的情况下, 该光滤波结构可用于光通信中的信号同步和比特量级的信号处理。

生物组织的电学特征对肿瘤的早期诊断具有重要意义。通过测量样品的洛伦兹力效应, 磁声电成像可以检测到生物组织电导率的变化, 从而实现肿瘤组织的早期诊断。现有的磁声电成像采用传统的压电超声换能器产生超声激励, 为了避免静磁场对超声激励系统的干扰, 这种方法要求压电超声换能器必须远离被测样品, 从而导致超声探头和被测样品间存在较大的超声传播距离, 不利于在临床中进一步研究。首先设计了基于光声热弹效应的激光诱导超声换能器, 这种光学超声换能器采用优化的炭黑和聚二甲基硅氧烷复合结构, 减小了复合膜厚度, 有望产生高频和高强度超声信号; 然后对优化的复合膜激光诱导超声换能器的超声特性进行分析, 并利用激光诱导超声换能器进行磁声电成像实验。结果表明：激光诱导超声换能器产生的超声信号具有与压电换能器产生的超声信号可比的压强幅度和超声带宽, -6 dB超声带宽接近7.5 MHz, 产生的超声强度达到2.5 MPa; 在磁场环境中, 激光诱导超声换能器能提供一种无电子结构的超声激励方式, 有效减小了磁声电成像中超声激励源的电磁干扰, 具有良好的电磁兼容特性。

实验研究了滤波对光反馈混沌半导体激光器输出信号中时延特征的抑制。在100 MHz和500 MHz低通滤波条件下, 利用在反馈时延附近的自相关峰值和排列熵峰值量化提取混沌信号的时延特征。测量了不同偏置电流下时延特征随反馈强度的变化。结果表明,经过滤波, 在1.5Ith、-7.5 dB条件下, 时延附近的自相关从0.264降低到0.036, 排列熵从0.985上升到0.997, 同时随着反馈强度的增大, 反馈时延附近的自相关峰值与排列熵呈反比关系; 混沌激光的复杂度和混沌强弱随反馈强度的增大呈先增强后减弱的趋势。滤波作用使混沌复杂度在更低的反馈强度下趋于最大, 并随着反馈强度的增大保持混沌复杂度不变。此外, 在抑制时延特征的同时, 滤波作用有效改善了混沌信号强度分布的随机统计特性。

海洋激光雷达发射的激光脉冲在海水中传输, 脉冲波形随深度会发生展宽, 相应的雷达接收系统接收到的信号与激光发射脉冲差异会增大, 该现象会导致以发射脉冲作为匹配滤波器的固定匹配滤波方法在处理深水激光雷达回波信号时产生误判。为了改进匹配滤波算法对于海洋激光雷达回波数据的性能, 使用蒙特卡罗法研究在测区条件下不同深度的激光脉冲在雷达探测器上的波形, 并以这组波形作为深度自适应的匹配滤波器来代替匹配滤波算法中的固定匹配滤波器, 并用南海的实测数据检验算法的性能。实验表明, 自适应深度提取算法相比于匹配滤波算法稳定性和准确性更好。为了验证算法的正确性, 以单波束声呐测深在同一测区的测深数据为基础, 对雷达测深数据进行精度评定。

利用基于时域有限差分法的FDTD Solutions软件建立了镀Ag膜台阶形针尖-Ag纳米粒子活性基底结构的表面/针尖增强拉曼光谱（SERS-TERS）仿真模型, 并在相同的条件下对其他不同类型的针尖和基底的近场电场分布进行数值计算, 验证了所设计的镀Ag膜台阶形针尖和活性基底模型在拉曼散射增强方面的有效性。同时, 针对此结构模型系统地分析了台阶形针尖曲率半径、针尖镀Ag膜厚度、针尖镀Ag膜高度、Ag纳米粒子直径、针尖与Ag纳米粒子间距, 以及入射光角度对该针尖-基底结构热点位电场强度的影响。结果表明：在针尖曲率半径为5 nm、镀Ag膜厚度为25 nm、镀Ag膜高度为300 nm、Ag纳米粒子直径为55 nm、探针与Ag纳米粒子间距达到1 nm, 以及入射光角度为45°时, 该结构可产生最大的拉曼增强因子, 为107量级。仿真结果可为制备高增强效应的针尖和TERS活性基底结构提供重要的理论依据和实验指导。

太赫兹三维成像技术是太赫兹成像技术的重要研究方向, 因为基于样本的三维图像可以获取比二维图像更丰富的分布信息。影响压缩感知方法三维重建结果精度的算法控制参数主要有迭代次数和稀疏限制参数。利用主观及客观评价法, 首先分析了理想情况下迭代次数和稀疏限制参数对再现结果的影响。考虑到实际目标板的不均匀等现象会引入噪声, 因此研究了存在高斯噪声时再现算法控制参数对再现结果的影响。结果表明：当迭代次数均为200次, 理想情况和高斯噪声方差分别为0.0005和0.001时, 稀疏限制参数分别为0.02、0.1、0.1。