搭建了一套氙灯抽运的有源反射镜钕玻璃激光放大器系统。实验研究了有源反射镜钕玻璃激光放大器的增益特性及能量提取。钕玻璃几何尺寸为380 mm×160 mm×30 mm, 掺杂浓度为2.2 %(质量分数)。充电电压为23 kV时, 实验测得系统的小信号增益系数为0.056 cm-1, 储能效率为2.0%。充电电压为22 kV时, 输出激光光斑尺寸为 126 mm ×126 mm, 脉冲宽度为5 ns；预放注入能量为6.67 J时, 激光放大系统获得最大为349 J的能量输出。系统静态波前峰谷(PV)值为8.38λ。

利用Zn扩散形成非吸收窗口的技术, 制备了大功率660 nm半导体激光器。在芯片窗口区用选择性扩Zn方式, 使得窗口区有源层发光波长蓝移了61 nm, 有效降低了腔面的光吸收。制备的激光器芯片有源区条宽为150 μm, 腔长为1000 μm, p面朝下用AuSn焊料烧结于AlN陶瓷热沉上。封装后的器件最高输出功率达到了4.2 W, 并且没有出现灾变性光学腔面损伤的现象。半导体激光器的水平发散角为6°, 垂直发散角为39°, 室温1.5 A电流下的激光峰值波长为659 nm。使用简易的风冷散热条件, 在1.5 A连续电流下老化10只激光器, 4000 h小时仍未出现失效现象。可见, 所制备的660 nm半导体激光器在瓦级以上功率连续输出时同时具有可靠性高及使用成本低的优势。

双光反馈和双光注入作为抑制光反馈混沌激光器延时特征峰的两种重要方案, 本质上都是通过马赫-曾德尔干涉仪对延时特征峰进行抑制。总结了两种方案中干涉仪对延时特征峰的抑制规律, 系统分析了干涉仪在抑制延时特性中的作用与机理。当干涉仪的两臂接近相等时, 两路混沌激光的电场强度和相位具有较强的相关性, 光的叠加以相干叠加为主, 混沌激光的延时特征峰随τd(由于干涉仪两臂存在光程差产生的时间延迟)呈周期性变化；当干涉仪的两臂臂长相差较大且不成比例时, 两路混沌激光的电场强度和相位的相关性降低甚至消失, 光的叠加为非相干叠加, 但是对延时特征峰的抑制仍由干涉项决定, 主延时特征峰不随τd变化, 同时产生新的延时特征峰。

报道了一种紧凑型激光二极管(LD)侧面抽运的高能量全固态Nd∶YAG主振荡功率放大系统。放大系统整体采用半导体制冷器进行冷却, 实现了激光系统的紧凑化和小型化。主振荡器使用了直径为7 mm、长度为100 mm、掺杂浓度(原子数分数)为1.1%的Nd∶YAG晶体棒, 在10 Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350 mJ、脉宽为9.7 ns的激光输出。功率放大级使用直径为7.5 mm、长度为134 mm、掺杂浓度为1.1%的Nd∶YAG晶体棒作为增益介质, 放大后得到了能量为700 mJ、脉宽为10 ns的激光输出。

实验研究了波长间隔为双倍和三倍布里渊频移的多波长布里渊掺铒光纤激光器, 通过改变布里渊抽运波长实现了多波长激光器的调谐。实验得到了波长间隔为双倍布里渊频移即 0.17 nm的8个布里渊多波长激光产生, 输出波长可以在 110 nm(1528~1638 nm)范围内调谐；还得到了波长间距为三倍布里渊频移即0.26 nm的5个布里渊多波长激光产生, 输出波长可以在60 nm范围(1535~1595 nm)内调谐。另外, 实验还发现布里渊抽运激光波长在激光器自激发振荡波长范围内时, 产生的布里渊波长数达到最大值。该研究在密集波分复用光纤通信系统、微波光子学、光纤传感、光谱测量等领域具有重要的应用前景。

1064 nm分布布拉格反射(DBR)半导体激光器具有窄线宽、输出稳定的特性, 在自由空间激光通信用种子光源等方面具有广阔的应用前景。设计了一种单模、窄线宽的1064 nm DBR半导体激光器, 利用金属有机化合物气相沉积技术生长出InGaAs应变量子阱半导体激光器材料, 并制备出腔长为1200 μm的脊型波导1064 nm DBR半导体激光器。当注入电流为70 mA时, 室温下该激光器的连续输出功率可达到7 mW, 3 dB光谱线宽为0.12 nm。

采用激光增材制造技术制备了铝锂合金, 分析了沉积态铝锂合金的显微组织, 优化得到了沉积态铝锂合金的双级均匀化退火和固溶热处理工艺参数, 并探讨了TB相的时效析出行为。结果表明, 经过双级均匀化退火及固溶热处理后, 铝锂合金晶界和晶内析出的低熔点富铜相数量减少, 铝锂合金的成分均匀性得到提高。当时效温度为400 ℃时, 铝锂合金中析出的TB相数量达到最大；随着时效温度的继续升高, TB相数量逐渐减少。铝锂合金的显微硬度随着TB相含量的增加先减小后增大。

采用激光熔覆技术在TC21钛合金表面熔覆了含有SiC颗粒的复合涂层, 研究了SiC颗粒尺寸对熔覆层物相组成、微观组织、硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明, 熔覆层中的主要物相为Ti2Ni、TiNi、Ti5Si3和TiC；TiC颗粒起到细化晶粒的作用；添加微米SiC颗粒后的熔覆层表面硬度和耐磨性分别为基体的2.1倍和2.082倍, 而添加纳米SiC颗粒后的熔覆层表面硬度和耐磨性分别为基体的2.4倍和1.475倍。

采用脉冲激光对7050-T7451铝合金表面进行了激光冲击强化处理。利用X射线衍射仪(XRD)和场发式透射电镜(TEM), 获得了试样表面衍射图谱和微观组织形貌, 建立了激光冲击强化7050-T7451铝合金表面的微结构响应模型。结果表明, 当激光功率密度为1.83 GW·cm-2时, 试样表面发生了过饱和固溶体的失稳分解；当激光功率密度为2.34 GW·cm-2时, 试样表面的晶粒尺寸增大；当激光功率密度为2.85 GW·cm-2时, 试样表面产生了纳米晶。激光冲击强化7050-T7451铝合金表面的XRD图谱与TEM分析结果具有一致性。

采用激光增材制造技术制备了铝锂合金板材, 分析了铝锂合金在热处理过程中析出相的演变及力学性能的变化。结果表明, 沉积态铝锂合金主要由α(Al)基体和TB(Al7Cu4Li)相组成, 晶界处存在少量富铜相；退火后, TB相更加均匀密集地分布在晶粒内部, 富铜相基本溶解, 晶界处存在少量Al-Cu-Fe杂质相；固溶淬火后, TB相固溶到基体中, 晶内存在少量δ′(Al3Li)相；时效后, 主要弥散析出θ′(Al2Cu)和σ(Al5Cu6Mg2)相。热处理后铝锂合金的显微硬度、抗拉强度比沉积态的分别提高了47.6%和87.7%。

采用数值模拟方法, 研究了激光冲击不同厚度钛合金零件时沿零件表面和深度方向的残余应力场分布规律, 并通过动态分析, 研究了冲击波在不同平面间的反射情况。结果表明, 当其他参数不变时, 试样的正面残余应力随厚度的增大而增大, 而反面残余应力随厚度的增大先增大后减小。当试样厚度为4 mm时, 正面显微硬度最大值为440.2 HV；当试样的厚度为2 mm时, 反面显微硬度最大值为416.1 HV。冲击波与声阻抗接触面作用产生的拉伸波与压缩波对残余应力场的分布有显著影响。

采用激光-电弧复合焊的方法焊接了HG785D高强钢, 研究了不同热源顺序下激光功率和送丝速度对焊接过程的影响。观察了复合焊过程中等离子体的动态变化, 并获取了不同热源顺序下等离子体的电子温度和电子密度, 揭示了焊接过程热源耦合机理。结果表明, 随着激光功率的增大, 焊缝熔深先减小后增大；随着送丝速度的增大, 焊缝熔深逐渐减小。相较于电弧先导, 激光先导等离子体的体积较大且电子温度较高, 焊缝熔深较大, 同时接头的抗拉强度较大, 但塑性较弱, 且接头各区域的显微硬度较大。

采用20 kW超高功率光纤激光器单道焊接了20 mm厚316LN奥氏体不锈钢, 研究了焊接工艺参数对焊缝成形及宏观形貌的影响, 并对焊接接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明, 采用负离焦可以得到成形良好的焊缝；焊缝组织为单一的奥氏体组织, 焊缝上部和底部中心区存在等轴晶粒, 焊缝中部中心区为粗大的柱状晶。在优化的工艺参数下, 焊接得到的接头抗拉强度为645 MPa, 与母材相当。焊接接头断裂于熔合线边界处, 为典型的韧性断裂。焊接接头热影响区的显微硬度略高于焊缝和母材。

为了研究飞秒激光螺旋加工工艺参数对小孔成形过程的影响, 以304不锈钢为靶材, 选取飞秒激光螺旋钻孔工艺的主要参数, 基于L25(56)正交表设计了5因素5水平正交实验, 分析单脉冲能量、重复频率、旋转速率、焦点下移速率、吹气压力对烧蚀深度影响的显著水平；基于反向传播(BP)神经网络建立这5个因素与材料烧蚀深度之间的关系模型, 并利用正交实验数据对网络进行训练, 通过附加钻孔实验数据对所建立网络的泛化能力进行测试, 结果表明所建立的模型预测误差在3%以内；针对螺旋钻孔的特征参数--焦点下移速率设计单因素实验, 得到了飞秒激光螺旋钻孔过程中焦点下移速率对小孔成形影响的规律。

为了使机器人准确高效地完成复杂轮廓工件的切削加工, 结合点云技术与机器人技术, 提出了一种基于三维点云直接生成机器人的切削加工轨迹的算法。搭建了一种以激光位移传感器和机器人为核心部件的点云测量系统, 通过坐标关系变换实现了一维测量到三维测量的扩展。通过在线测量获取了被加工工件轮廓的三维点云, 采用点云预处理算法和机器人轨迹的生成算法, 直接生成了针对被测工件的机器人加工轨迹。仿真结果表明, 该测量系统及算法能够准确地提取工件轮廓的三维点云并快速生成机器人的加工轨迹。

选择性激光烧结(SLS)是增材制造技术中的一种, 在聚酰胺2200(PA2200)的SLS成形过程中, 大量的粉末没有被烧结, 这部分未烧结粉末的回用对降低成本具有重要意义。然而, 未烧结粉末的性能因成形过程中高温的影响而发生改变, 回用次数对成形件性能的影响规律尚不明确。使用EOS P110 3D打印系统和EOS PA2200粉末系统考察了粉末回用次数对SLS PA2200成形件硬度和冲击韧性的影响。结果表明：随着回用次数增加, 回用粉末的熔点升高；当回用次数超过2次后, 成形件内部未熔粉末和孔洞的数量增多, 成形件韧性和硬度下降；粉末回用次数不超过2次时, 成形件的冲击韧性下降得较少, 硬度得到一定提高。

在蓝宝石衬底上制备了具有不同铝(Al)掺杂浓度的掺铝氧化锌(AZO)薄膜, 并对其进行了紫外-可见吸收光谱、霍尔效应、折射率及介电常数测试, 研究了Al组分对AZO薄膜的光电、表面等离子体性质的影响。随着Al组分浓度的逐渐增大, AZO薄膜吸收边发生蓝移且吸收强度逐渐减小, 光学损耗减小;同时, 载流子浓度与迁移率先增大后减小, 而电学损耗先减小后增大。

为实现对数控装备测量精度的快速检测, 面向激光追踪测量系统设计了一套二维万向节式回转轴系。将高精度标准球作为反射单元固定安装在基座上, 保证了激光追踪测量系统具有较大的跟踪角度, 同时避免了轴系回转时的窜动和游动对测量结果的影响。分析了轴系结构中主要几何误差对激光追踪测量系统测量精度的影响, 研究了轴系跳动误差与测量精度的关系, 并简化了轴系跳动误差模型。实验结果表明, 当轴系跳动误差在±5 μm以内时, 由该误差引起的激光追踪测量系统的测量误差不足0.1 μm, 保证了激光追踪测量系统具有消除跳动误差影响的能力。

为降低传统光栅横向剪切干涉仪中双方孔空间滤波器带来的加工和装调难度, 设计了一种基于9步式零级相位误差标定的光栅横向剪切干涉测量方法, 只需采用可变空间滤波器即可抑制零级串扰对相移相位复原的影响。针对数值孔径为0.125的投影光刻物镜, 完成了参数设计和原理验证系统的搭建。通过剪切相位复原和波前重构, 实现了该物镜的波像差检测。结果表明：其波像差小于20.32 nm。最后对该光栅横向剪切干涉仪进行重复精度实验, 其重复精度的方均根值为0.1303 nm, 系统性能良好。

利用ZEMAX软件对透射式米散射激光雷达系统的杂散光进行分析, 对激光雷达系统中光学镜片表面的反射和镜筒内壁系统的多次反射、散射进行模拟, 得到镜面的多次反射光成像在探测器面源的功率可达3×10-8 W, 镜筒散射光成像在探测器面源的功率达到2.8×10-9 W。在测量条件相同的情况下, 通过对透射式和反射式激光雷达的连续观测结果进行分析, 得出透射式米散射激光雷达的近场杂散光经过光电转换后的回波信号强度可以达到1000 mV, 比反射式激光雷达系统的高约17倍；用衰减片分别对两种雷达信号进行衰减处理, 结果显示:当信号衰减80%时,透射式激光雷达系统的近场信号出现下翘现象。从对信号非线性化处理的结果也可以看出, 反射式激光雷达系统优于透射式激光雷达系统。

针对海洋悬浮粒子引起水下激光传输信道的复杂性问题, 采用等效球形粒子米氏散射理论和蒙特卡罗数值模拟方法,研究海洋悬浮粒子对水下光通信链路的影响。分析了悬浮粒子特性及入射光波长与光学系数的关系, 研究了粒子尺寸和复折射率对接收归一化能量、接收光强、信道传输长度、信道时延的影响。理论分析和仿真结果表明：粒子的光学系数会随着粒子尺寸增大而增大, 使相同信道长度的接收归一化能量减小, 接收光强减弱, 信道时延增大；粒子复折射率虚部越小, 接收的归一化能量越强, 接收光强峰值越大, 但复折射率虚部相同而实部不同时, 接收光强峰值的大小取决于反照率, 反照率越大, 接收光强越大。

基于切线簇的概念, 从几何光学的角度分析了自加速艾里光束的形成过程, 以及艾里光束入射面相位分布与其自加速轨迹的关系, 并给出了根据自加速轨迹分布函数推算艾里光束入射面相位分布的迭代算法, 讨论了艾里光束自修复特性的形成原理。利用液晶空间光调制器调制准直激光束实验生成了二维艾里光束, 并对其无衍射、自加速、自修复等特性进行了验证。此外还通过对一维艾里光束的调控实验生成了自聚焦光束和类贝塞尔光束等新型的光束。

通过改变两个耦合混沌激光器反馈相位, 实现了两激光器之间信号的双向同步传输。两个激光器之间的部分透光的平面镜可以诱导延时和混沌动力学。数值模拟考虑延迟的激光器速率方程, 证明了两个激光器可以达到高质量同步。编解码的过程从信号改变两个激光器的反馈相位开始, 检测两个激光器中混沌载波光功率的差, 并与本地信号进行对比, 最终恢复发送者传输的数字信息。根据恢复出来信号的眼图, 可以看出该系统具有很高的传输质量。本方案中, 窃听者即使可以得到传输信号的差值, 也无法得知本地信号, 因此, 无法解调出发送者的信息, 系统的安全传输性能得以保障。

在室内可见光通信系统(VLC)中,为解决传统光源布局方式中因照度分布不均匀而存在通信盲区的问题,提出考虑墙面反射的光源LED优化方案。以照度均方差作为评价标准分析LED布局,通过积分推导出接收面照度和功率的表达式,构建了矩形布局优化模型函数F(l,x,y)和圆形布局优化模型函数F(r,x,y),并根据优化函数研究了照度均方差与房间尺寸、最佳布局与视场角的关系。仿真结果表明：LED矩形布局光源的位置存在最优点l=1.6 m,视场角为ψFOV=80°,照度均匀性由传统布局的80.5%提升到84.3%；圆形布局光源的位置存在最优半径r=2 m,视场角为ψFOV=80°,当LED位于最优点半径时,圆形布局的照度均匀性随着光源LED数量的增加由85.2%增加到89.2%。

针对室内可见光通信接收光功率分布不均匀造成通信性能不均衡的问题, 提出一种LED阵列独立均匀分布布局, 并运用改进自适应遗传算法优化LED阵列间距离和LED半功率角。优化遗传算法中的选择算子, 并重新设计算法中的交叉和变异操作, 采用改进自适应遗传算法优化影响系统性能的LED半功率角和LED阵列间距离。仿真结果表明：接收平面的接收功率方差从未优化前的3.02 dBm降低到1.16 dBm, 照明强度范围从优化前的374~862 lx改善至417~765 lx。相比现有的接收光功率的优化方法, 该算法的性能与收敛速度均得到改善。

为降低海洋湍流对水下光通信系统链路性能的影响, 将光孤子脉冲应用于水下通信。假定水下通信系统采用开关键控调制, 信道采用描述海洋弱湍流的Lognormal模型, 推导出了海洋闪烁系数的具体表达式和含形状因子和闪烁系数的通信误码率表达式,仿真分析了不同湍流强度、海洋湍流参数下光孤子、矩形、高斯脉冲光束的通信误码率, 最后从脉冲时域角度对比研究三种脉冲光束。结果表明：随着湍流强度的变化, 信噪比为5 dB时, 光孤子脉冲的误码率比高斯型和矩形脉冲的误码率低至少3个数量级。接收孔径和温度与盐度波动对海洋光学湍流贡献的比值是对水下通信误码率影响较灵敏的因素；随着海洋湍流影响因素的变化, 光孤子脉冲抵抗外界环境的能力强于其他脉冲, 其误码率始终小于高斯和矩形误码率。光孤子时域展宽比高斯、矩形展宽小, 但随着距离的增加, 三种脉冲展宽趋于一致。仿真结果验证了光孤子脉冲用于水下通信的优势, 可为下一步研究提供理论参考。

动力蛋白、微管蛋白以及染色体在卵母细胞减数分裂过程中起着重要作用, 但目前传统荧光成像方法受到衍射极限的限制, 分辨率较低, 无法达到卵母细胞减数分裂对成像的要求。首先构建了卵母细胞体外正常成熟体系和原钒酸钠(SOV)作用下的异常成熟体系, 然后基于共聚焦显微技术和随机光学重建显微技术(STORM)两种荧光成像方法, 研究卵母细胞减数分裂过程中动力蛋白和微管蛋白的定位以及染色体的形态与结构。荧光显微成像结果表明：在正常成熟体系中, 动力蛋白分布、微管蛋白形成的纺锤体以及染色体的形态与结构能反映卵母细胞发育的不同阶段；在SOV作用下, 纺锤体结构异常率增加, 出现桶状、细长、团缩、杂乱、梨状、多极等典型异常纺锤体结构, 染色体结构异常率也相应增加。 STORM结果更清晰地展现了纺锤体结构信息, 三维STORM结果揭示了异常纺锤体的紊乱情况, 该方法为卵母细胞减数分裂过程研究提供了精度更高的成像手段。

在物体原始计算全息图基础上, 基于Gerchberg-Saxton迭代算法, 给出了一种全息图的再现像放缩算法。该算法利用物像关系原理, 通过设定恰当的参数, 在指定再现位置处实现再现像任意比例的放缩, 能有效避免放大比例过大导致的照明不均匀等问题。在MATLAB平台进行数值模拟, 搭建基于硅基液晶纯相位空间光调制器的全息再现光路对算法进行验证, 在特定衍射位置处得到一张二值化图片在缩放比例分别取0.5、2和3时的再现像。对一张灰度图像放大再现, 分析该算法对再现像成像效果的影响。实验结果证明, 算法实现了预期的再现像放大缩小, 并且有效地提升了再现像的成像质量。

因光纤法布里-珀罗(F-P)传感器的干涉光信号频谱具有稀疏性, 求解腔长时, 传统的快速傅里叶变换(FFT)算法需要计算整个频率范围内的频谱成分, 计算速度较慢。稀疏快速傅里叶变换(SFFT)算法只需计算干涉光信号的主要频谱成分, 通过频谱重排、窗函数滤波、频域降采样, 以及循环定位与估值, 能快速地计算出信号频谱中K个极大的傅里叶系数, 从中找出腔长对应的频率, 解调出腔长。该算法结构简单, 时间复杂度低。通过分析光纤F-P传感器腔长解调系统的实际干涉光信号, 验证解调结果的准确性, 以及相比FFT算法的高效性。因此, SFFT算法适用于对光纤F-P传感器腔长进行在线实时解调, 以实时测量物理量。

为了消除基于双马赫-曾德尔干涉的分布式光纤传感系统中偏振退化和偏振相位漂移对定位性能的影响, 提出了一种结构简单、效率高的基于现场可编程门阵列(FPGA)的偏振控制方法。该方法采用偏振控制器反馈技术, 以两路光信号的反馈值作为控制函数, 结合改进的和声搜索(IHS)算法, 利用FPGA硬件并行结构和流水线技术快速实现算法迭代并控制偏振控制器调整偏振态。实验结果表明, 该方法能够在短时间内调整系统偏振态, 偏振控制时间约为0.7808 s, 系统的定位精度提高到±20 m以内, 有效地消除了偏振效应对定位性能的影响；另外以FPGA代替计算机作为系统的控制核心, 提升了数据处理速度, 缩短了偏振控制时间, 提高了系统集成度从而有利于实现偏振控制仪器的小型化。

本振信号较差的相干性限制了合成孔径激光雷达(SAL)对远距离目标成像的方位/横向分辨率。研究了SAL信号相干性保持问题, 提出了一种基于本振数字延时的SAL信号相干性保持方法。通过设置本振信号参考通道, 采用自外差探测的方式, 在数字域提取本振信号频率不稳引入的相位, 并将其在数字域延时后对目标回波信号实施相位补偿。建立了激光信号模型, 对所提出的SAL信号相干性保持方法进行了误差分析, 给出了自外差探测中光纤延时长度的选取原则。理论分析和仿真实验表明, 该方法能有效保持SAL信号的相干性。

利用车载移动测量系统采集的全景影像, 建立全景球坐标系。将车载点云通过一系列的坐标转换, 在全景球坐标系下利用球心、球面上像点和球面上物点三点共线关系, 实现车载移动测量系统激光点云与全景影像的融合。全景影像拍摄盲区造成真彩点云存在“黑洞”, 从而导致导致路面信息缺失。针对该问题利用相邻影像重叠关系对“黑洞”进行修补。通过人工采集检查点对融合精度进行评定, 结果表明, 该方法融合结果正确, 全景影像与激光点云融合精准, 修补“黑洞”后, 路面信息保留完整。

针对全球范围CO2浓度和气溶胶检测的星载激光雷达系统的可行性进行研究。由于大气后向散射信号很弱, 故星载激光雷达对杂散光很敏感。激光雷达系统由Ritchey-Chretien接收望远镜、多波段中继光学系统以及光电探测系统构成, 因此, 相比于传统成像光学系统, 其杂散光的分析与抑制技术得到改进。对光机结构建模, 基于杂散光来源分类和大量光线追迹, 提出了一种位于激光雷达后光学系统中, 而非接收望远镜中的杂散光抑制方法。仿真结果表明, 位于后光学系统中准直器镜筒上的挡光环极大地抑制了杂散光。因此, 可以舍去接收望远镜上的挡光环。

当空心微结构光纤纤芯的尺寸和波长相近时, 光在纤芯中的传输大大增强, 并会在纤芯周围产生很强的倏逝场。报道了一种新型的纤芯直径仅为2 μm的空气悬浮芯微结构光纤, 该光纤通过薄片堆积法拉制而成, 具有大倏逝场和微米级孔径的单元结构, 在532 nm波长处的损耗为0.16 dB/cm, 非常适合用于生化物质的传感探测。以该光纤作为传感探针, 结合激光技术搭建了一套简易的荧光光谱探测系统, 使用此系统对纳升量级的生物荧光标记材料CdTe/CdS/ZnS量子点进行荧光探测分析。利用该系统可探测荧光量子点的极限约为1 nmol/L, 相当于3.78×107个量子点, 实现了高灵敏度、快速探测。基于空气悬浮芯微结构光纤的荧光检测系统为量子点标记的生物材料的灵敏检测提供了新的方法和思路。

树木位置分布及胸径(DBH)是研究森林生态、管理林区的重要指标。激光雷达在获取树木相关数据方面有巨大潜力, 因此, 提出用手持移动激光雷达获取的三维点云快速统计树木信息的方法。手持移动激光雷达可近距离采集树木信息, 获取更详细的单木立面信息。针对上述点云特点, 提出分层聚类的点云处理方法, 按不同高度对点云切片, 形成一组切片截面图, 再仅对切片截面图聚类；根据聚类结果使用随机抽样一致性算法拟合出圆, 对比一组切片截面图的拟合结果, 完成树木点云提取。这种先取样再计算的方法大大提高了运算速度。实验证明该方法树干提取准确率达94.4%, DBH计算平均误差3.4 cm。本文方法可快速统计树木相关信息。

激光雷达不仅可用于分析目标光谱特性, 还能够获取空间目标方位、距离、三维形貌及运动特征。常规激光雷达测量的目标特征单一, 难以同时具备以上所有的探测能力。针对激光雷达的多种功能需求, 设计了一种同时具备以上多种测量能力的激光雷达, 采用发射/接收共光路系统结构形式, 极大地简化了光学系统结构, 光学系统为特殊的折反射结构, 在仅使用两种光学材料的情况下即可实现400~1400 nm宽波段的发射与接收。为实现多谱段探测, 激光光源采用光参量振荡器单脉冲可调谐激光器, 光谱调节范围覆盖整个探测波段。激光发射系统的激光等效扩束比达到12.6, 单色回波接收系统等效F数为8, 采用光电倍增管, 20 μm内的径向能量接近100%。为满足对目标的跟踪与精细结构测量, 在共光路的基础上, 加入可见光接收系统, 使多谱段激光雷达还具备可见光成像能力, 可见光接收系统全视场为1.6°, 所设计的调制传递函数在37 lp·mm-1处优于0.5。系统各项设计指标满足探测需求。

采用连续波半导体激光器为发射光源, 以电荷耦合器件(CCD)与鱼眼镜头为探测器, 设计了一套测量大气分子与气溶胶散射光成像的极化浊度计装置。该装置可实时观测大气样品的散射图像, 散射角观测范围为14°~162°, 极化角观测范围为0°~360°。利用该装置分别对氮气与水汽进行实时观测, 得到其散射图像, 其中氮气的散射光与瑞利散射理论相吻合, 不同极化角的散射光强与理论值的拟合优度为98%, 而水汽散射光随散射角的变化趋势与米氏散射理论的一致性较好。结果表明本装置在定量观测气溶胶散射光方面有潜在的应用价值。

利用超辐射发光二极管的放大自发辐射噪声作为量子随机熵源, 设计并实现了一种高速小型化光量子随机数发生器(QRNG)。为减小经典噪声及不完美器件对随机性带来的影响, 基于对量子熵源的最小熵估计, 在现场可编程门阵列中, 对每次采集序列的相邻比特位进行异或操作, 并截取低12位作为最终随机序列。该QRNG的随机数的实时产生速率达1.4 Gb/s, 可实时传输至上位机用户端, 且能长时间稳定工作, 具备实用化潜力。

波导环形谐振腔(WRR)是集成光通信以及光学传感器领域的关键器件之一, 其谐振曲线的形貌将影响系统的性能。针对谐振腔耦合器一阶超模传输损耗差异、谐振腔外直波导端面反射, 利用多光束干涉叠加原理, 得到了波导环形谐振腔输出谱线的表达式。利用基于单边带调制的光学矢量网络分析方法, 对制备的高横纵比的氮化硅光WRR进行了谐振曲线谱的测试, 证实了耦合器模式以及直波导端面反射对谐振曲线的影响, 实际测试曲线与理论仿真结果拟合较好。

窄线宽高功率光纤激光器在相干合成及光谱合成等**与工业领域有着广泛的应用。最近, 中国工程物理研究院应用电子学研究所基于25/400 μm光纤, 采用双端抽运及高功率种子注入等手段控制放大过程中的模式不稳定(MI)效应, 利用基于白噪声源的相位调制技术有效抑制受激布里渊散射和受激拉曼散射, 成功实现了3.5 kW窄线宽光纤激光的放大输出, 实验装置如图1(a)所示。如图1(b)所示, 当主放抽运功率达到3450 W时, 激光器的输出功率为3045 W, 此时回光反射率约为0.01%, 光-光转换效率为77.5%, 未观测到MI效应, 光束质量M2≈1.5。光谱半峰全宽(FWHM)为0.18 nm, 二阶矩线宽均方根(RMS)为0.17 nm。激光输出信噪比大于47 dB, 如图2(a)、(b)所示。激光器在3 kW输出功率下, 连续工作达15 min, 如图2(c)所示, 功率波动峰谷值为1.6%。将种子源线宽继续展宽到0.38 nm, 得到激光器输出的最高功率为3525 W, 光-光转换效率下降至71.5%, M2下降至1.9, 且观测到明显的MI效应。进一步优化放大器结构以提升MI阈值将是后续亟需开展的工作。