研制了一套能量输出稳定、光斑分布均匀、时域近方波形的四路钕玻璃抽运源系统。系统能够输出4×180 J的基频能量(波长为1053 nm)，4×80 J的倍频能量(波长为526.5 nm)。主要结构包括四部分：前端种子源、再生放大器、钕玻璃棒放链和KDP倍频晶体。利用偏振片实现了垂直偏振的两路基频光合束，经过第二类相位匹配KDP晶体倍频，获得了共线且同偏振的526.5 nm倍频光，实现了用于150 mm口径钛宝石放大器的结构紧凑的双脉冲抽运源。

对大口径有源反射镜式片状Nd∶LuAG陶瓷激光增益介质在高功率激光二极管(LD)抽运条件下的热效应及其引入的波前畸变进行了分析。片状Nd∶LuAG陶瓷尺寸为64 mm×6 mm，抽运峰值功率为58.5 kW，抽运光斑大小为32 mm×35 mm，在激光光束的入射角度为15°时对有源反射镜式片状Nd∶LuAG增益介质的热效应和波前畸变进行仿真分析。仿真结果显示在抽运状态时片状Nd∶LuAG陶瓷的最高温度为55.6 ℃; 水平方向和垂直方向引入的负焦距分别为FH=-65.78 m和FV=-77.28 m。模拟放大后激光波前畸变峰谷值为4.33λ(激光波长λ为1064 nm)，波前畸变主要为离焦量导致的像散。在此基础上搭建了相应的实验装置，测得抽运状态下Nd∶LuAG陶瓷的温度分布及引入的激光光束波前畸变。模拟分析数据与实验数据相吻合。模拟计算和实验分析结果为片状Nd∶LuAG陶瓷激光放大系统抽运均匀性的优化及激光光束质量的控制等提供了重要的参考依据。

实验研究了内表面未镀膜的碱金属蒸气室窗口片的标准具效应对激光输出的影响。研究结果表明：蒸气室两个内表面作为激光输出面时的光斑图样不同，且均伴随有寄生光斑; 蒸气室窗口片之间的楔角导致了寄生光斑的产生。将激光器在不同输出耦合率下阈值的实验结果和理论结果进行比较，验证了碱金属蒸气室内表面未镀膜时具有标准具效应，存在多次反射; 仅碱金属蒸气室作为输出耦合镜时,标准具效应是输出光斑的主要机制,此时获得了1.8 W的铷激光，其光光效率为10.2%，斜率效率为15.8%。

提出了一种新结构全光纤激光器。采用振荡-放大一体化结构，有效抑制了反射激光对光纤激光器稳定性的影响，实现了高效率、高功率和高光束质量的输出。实验搭建了光纤激光器系统，实现了大于2 kW的输出，抽运光和输出光之间的转换效率为81.6%，光束质量M2因子优于1.4。采用高反射金属材料验证了该激光器的抗反射性能，激光器在满功率输出下，能够长时间稳定工作。

对低温下885 nm抽运Nd∶YAG晶体946 nm准三能级激光性能进行了研究。将激光上、下能级的玻尔兹曼分布分数f1、f2作为温度的函数引入到激光速率方程中，定性分析了低温下小信号增益和激光阈值的变化规律。利用搭建的低温冷却系统研究了不同晶体温度下946 nm激光的输出性能，在210 K时获得了最大165 mW的激光输出，斜效率为36%，相比于常温下斜效率提高了71%。观察并分析了低温下1061 nm增益增强的现象，当温度低于190 K时，1061 nm激光增益显著提高，与946 nm激光形成竞争，导致946 nm激光输出降低。

设计并制作了波长为976 nm的宽条大功率半导体激光芯片。采用非对称宽波导外延结构设计及金属有机化学气相外延技术生长了低损耗、高效率的外延材料。制备了190 μm发光区宽度、4 mm腔长、976 nm波长的半导体激光芯片，并将其封装为COS器件。测试结果表明：封装器件在室温下的阈值电流为1.05 A，斜率效率为1.12 W/A，最高电光转换效率可达到68.5%; 在40 ℃、19.5 W功率输出时的电光转换效率可以达到60%; 9个器件在40 ℃和15 A电流下老化4740 h后，无一失效，而且老化前后的功率-电流曲线和光谱没有变化，证明该激光芯片具极高的稳定性和可靠性。

采用共振增强式非线性折射率调制技术实现了非线性放大环形镜锁模掺镱全保偏光纤激光器重复频率的精确锁定。通过在激光器非线性环内加入一个能提供线性相移的非互易性元件，有效减小了锁模脉冲的抽运阈值。进一步优化激光器的锁模抽运功率和控制光纤非线性折射率的抽运功率，可使激光器直接输出的最短脉冲为590 fs，重复频率为20.48 MHz，重复频率峰-峰值的波动范围小于0.4 mHz，相应的标准偏差为0.1 mHz。

研究了掺镱全光纤激光振荡器中横向模式不稳定效应与受激拉曼散射之间的关系。在纤芯直径为20 μm的单端抽运1.5 kW级全光纤激光振荡器中，当受激拉曼散射达到一定阈值时，横向模式不稳定效应突然出现，激光器输出功率突然减小，减小的输出功率由包层光滤除器倾泻到谐振腔外。实验发现：受激拉曼散射光谱增强、输出功率减小与包层光滤除器温度上升存在一定的关联; 通过缩短光纤长度抑制受激拉曼散射，可以将单端抽运激光振荡器的横向模式不稳定阈值增大到2 kW以上。对纤芯直径为25 μm的双端抽运激光振荡器进行研究，同样通过抑制受激拉曼散射增大了横向模式不稳定阈值，获得了大于5 kW的激光功率输出。实验结果初步验证了在非线性较强的情况下，受激拉曼散射是导致横向模式不稳定的原因，通过抑制受激拉曼散射可以增大横向模式不稳定阈值。

实验研究了两路光纤激光器外腔反馈型光谱组束(SBC)，采用透射式衍射光栅作为组束元件，实现了1060 nm波长激光与1080 nm波长激光的光谱组束输出。输出光束组束方向光束质量为1.328，非组束方向光束质量为1.257，组束输出功率为57.3 W，光-光效率为91.7%。采用该组束方案可以降低单路激光器线宽的要求，同时验证了多路激光进行组束的可行性，通过增加组束光束个数可以进一步提高组束输出功率。

采用稳态磁场和电场耦合形成定向洛伦兹力，基于多物理场耦合原理及网格变形法建立了定向洛伦兹力作用下的熔池模型，采用离散元法模拟了熔池内的气泡运动过程。与熔覆工艺条件相同但未施加外场时比较，结果显示，定向洛伦兹力具有优异的气孔调控能力。当洛伦兹力向上时，熔池的最高流速被抑制了62.5%，气泡运动方向向下偏转，熔覆层的气孔明显增多; 当洛伦兹力向下时，熔池的最高流速被抑制了25%，但气泡因所受浮力增大而逸出加速，熔覆层无气孔。仿真结果与实验结果吻合良好，验证了仿真模型的可靠性。

利用激光焊工艺焊接了IC10单晶高温合金，分析了焊接速度对接头焊缝成形、横截面形貌以及显微组织的影响。结果表明，随着焊接速度的减小，焊缝的表面和背面宽度增大。不同焊接速度下焊缝的横截面均呈典型的“酒杯”状。焊缝主要由细晶区和胞状晶以及柱状晶组成。不同焊接速度下的焊缝中均存在沿晶界扩展的焊接裂纹。接头中晶粒的生长方向趋于一致，从而增大了接头裂纹的敏感性。

利用355 nm全固态紫外激光对硼硅玻璃进行了直写刻蚀实验，采用单一变量法探究了激光能量密度、重复频率、扫描速度、扫描间距、扫描次数对刻蚀结果的影响。研究结果表明，激光能量密度过大时，玻璃易发生严重的崩边裂损现象; 等离子体屏蔽效应随激光能量密度的增大而增强，刻蚀深度减小; 随着重复频率的减小，通道边缘碎裂的现象减轻，刻蚀深度增大; 减小扫描间距可有效改善沟道底面的平整度; 刻蚀深度随扫描次数的增多而增大，同时沟道锥度增大。在较优的加工参数下，实现了宽度为84.8 μm，刻蚀深度为178 μm，底面较平整，沟道垂直度达89.580°的L型微通道的直写刻蚀。

通过建立周向倾斜薄壁圆环模型，得到了周向偏移量和倾斜角之间的关系; 通过优选周向偏移角，并基于激光熔覆近净成形技术，获得了结构稳定、高度和宽度误差较小的周向悬臂薄壁圆环。结果表明，满足熔覆要求的熔覆件的偏移角为0.75°，倾斜角为25.95°; 周向倾斜薄壁圆环成形较优的工艺参数组合是周向偏移量为0.11 mm，Z轴提升量为0.224 mm。

基于时域有限差分(FDTD)法，对金属线栅结构的太赫兹(THz)偏振特性进行了仿真分析，研究了占空比和金属层厚度对偏振特性的影响，发现随着厚度的增加，0.1~10 THz范围内出现了周期性高透射现象。基于飞秒激光微加工技术制备了周期性金属线栅太赫兹偏振片，利用时域太赫兹光谱系统进行了实验测试，实验结果与仿真结果相吻合，偏振片的消光比在40 dB~45 dB范围内，偏振度为1，显示了良好的偏振特性。

利用功率为500 W的光纤激光器对晶态Ti47Cu38Zr7.5Fe2.5Sn2Si1Ag2合金基体进行了激光重熔实验，研究了不同工艺对熔池形貌及晶化的影响。结果表明，单道重熔的熔池内易获得非晶组织，且随着扫描速度减小，熔池形貌逐渐由球冠状向漏斗状转变。搭接重熔下，扫描宽度较大时重熔区内出现熔道搭接造成的热影响区晶化带; 扫描宽度较小时由于热累积效应显著，熔池展宽和扫描宽度接近，重熔区内基本为非晶态。面扫描过程中，由于热累积匙孔效应更突出，熔池熔深显著增大，熔池底部出现少量气孔。

研究了自保护药芯焊丝激光-电弧复合堆焊的熔滴过渡行为。结果表明，激光的加入明显减小了电弧斑点的漂移概率，拉伸了电弧空间，改变了熔滴受力状态及其过渡行为。激光前置比后置时更有利于熔滴过渡和电弧稳定性的提高。自保护药芯焊丝激光-电弧复合堆焊的最佳工艺参数为：激光前置，激光功率2 kW，光丝间距+4 mm，光斑直径为2 mm，光丝夹角30°。当光丝间距小且激光功率为4 kW时，熔滴过渡形式由排斥过渡变为爆炸过渡。

采用平面波展开法研究了含点缺陷正方结构二维函数光子晶体的带隙结构、缺陷模式和缺陷模式的本征场分布。选取介质柱的折射率为空间位置的分布函数，其参数可通过改变施加电场、光场的强度来调节。研究结果表明，通过调节介质柱参数，能够实现带隙结构、带隙位置、缺陷模式及缺陷模式的本征场分布的可调，该研究为相关光学器件的设计提供了理论依据和设计方法。

城市市政井盖的快速定位与提取是智慧城市部件管理中需要解决的关键性问题之一，也是城市道路养护智能化管理实现过程中待解决的技术难题。提出了一种基于移动测量系统的井盖自动定位与提取方法，利用地面粗糙度进行地面点云提取，并将地面点生成地面强度特征图像，基于改进的梯度直方图算法、主成分分析、支持向量机分类器三者结合的方法实现井盖的快速定位与提取，结合同步影像获取井盖的权属信息。基于实验数据对该方法进行定性、定量分析，基于该方法进行城市井盖自动提取的准确率可达88.495%，精确度为99%，证明了该方法的正确性、可行性与稳健性。该方法促进了道路养护部门智能化工作模式的提升，不仅降低了工作的危险系数，提高了检测精度，还将传统的外业检测转变为室内作业模式，自动化、智能化程度得到了大幅提升。

在设计三通道非成像氧气吸收被动测距系统过程中，确定各通道光电倍增管的绝对光谱响应率对确保系统测距精度具有重要意义。为了克服光电倍增管灵敏度高、易饱和而导致的单色光功率测量困难的问题，提出了一种光电倍增管绝对光谱响应率测量方法。在该方法中，利用积分球与可调狭缝构建通量可调的系统光源，利用响应率已知的标准探测器测量单色光源辐射功率。搭建了光电倍增管绝对光谱灵敏度测量系统，并对三根滨松H10722-01型光电倍增管模块进行绝对光谱响应率测量。同时，为了检验该测量方法的有效性，在外场条件下开展了近程被动测距实验，将测量得到的光电倍增管绝对光谱响应率作为三通道被动测距系统各通道的光谱响应率参数。实验结果表明：在60～300 m范围内，测距平均相对误差为6.25%。实验结果证明了该绝对光谱响应率测量方法的有效性。

多层共轭自适应光学(MCAO)等技术可以有效改善湍流大气的干扰。为了MCAO的设计和性能优化，需要对址点的大气湍流轮廓线进行测量。基于面源目标像相对运动方差或协方差统计反演的湍流轮廓线测量方法得到的反演线性方程组需要通过离散化获得，离散化误差导致观测视场不能太大。较小的视场使方程数目受限，导致湍流轮廓线反演结果受运动方差或协方差测量误差的影响。以PML方法为研究实例，提出了分层积分系数矩阵方法，该方法可以显著改善离散化误差，大幅增加观测视场范围，降低协方差误差对测量结果的影响，提高湍流轮廓线的反演精度。数值模拟结果表明，基于分层积分系数矩阵的PML方法的视场可达到400″，测量误差也可大幅度降低。

为了抑制车辆颠簸及载重变化对一维激光多普勒测速仪的影响，设计了一种二维激光多普勒测速仪。针对其使用过程中的误差参数，提出了一种差分全球定位系统辅助的Kalman滤波标定方法，并设计了车载组合导航实验验证了该方法的有效性。由补偿后的二维激光多普勒测速仪与陀螺数据航迹推算的最大水平位置和最大高度的误差分别为5.5 m和0.36 m。结果表明，该标定方法是有效的，补偿后的二维激光多普勒测速仪能大大提高导航的水平定位精度，且能给出高精度的高度信息。

为了考察光电倍增管的性能，以使其满足空间遥感仪器在轨应用需求，利用氘灯、真空紫外单色仪、光电倍增管等构建了一套基于标准真空光电管的量子效率定标系统，依据光电倍增管的阴极量子效率测量原理，将光电倍增管改造成无电子束倍增的光电管，实现了由标准真空光电管到光电管R2078的标准传递; 并在此基础上，在国内首次实现了150～300 nm紫外-真空紫外波段光电管量子效率的直接测量。测量结果表明：由于光电管R2078的窗口材料为融石英，其在155 nm处的透过率最小，因此在155 nm处获取的量子效率最小，在230 nm波长处量子效率最大。最后对测量结果进行不确定度分析与估计，得到总的合成不确定度为3.4%。

脉冲激光谱型是大气风温探测激光雷达的重要参数之一，它的精确测量能够为激光雷达风温反演提供科学有效的数据。由于激光的重复频率通常为几十赫兹(重复周期为几十毫秒)，而脉冲激光宽度仅为几纳秒，因此脉冲激光的线宽测量比连续激光困难得多。构造了一套基于法布里-珀罗干涉仪、窄脉冲信号门积分平均器、模数采样器等的脉冲激光谱型测量系统，并利用该系统完成了钠层风温激光雷达脉冲激光线宽的测量。利用该系统测量出该脉冲激光器的输出线宽约为123 MHz，与国外的测量结果120 MHz基本一致。该系统可搭载于激光雷达上用于实时监测激光谱型，能为确保测风激光雷达的精度和稳定性提供技术支撑。

基于光学传输矩阵实现透过散射介质进行聚焦和成像是近年来光学领域的研究热点。为了测量得到散射介质的光学传输矩阵，并利用光学传输矩阵研究散射介质的特殊性质，首先结合三步相移干涉法测量磨砂玻璃的光学传输矩阵，分析哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的特征值分布特点，然后基于笛卡尔基下的光学传输矩阵以及相位共轭的思想，实现透过散射介质的单点聚焦和多点聚焦，验证散射介质的聚焦点可控特性; 研究相机处于不同位置时透过散射介质的聚焦性质，测量光学系统的焦深; 基于聚焦点可控性质及光学系统焦深，验证系统中磨砂玻璃的类透镜性质。结果表明：三步相移干涉法测量散射介质光学传输矩阵的测量时间短，聚焦的增强因子较高; 哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的实部和虚部的特征值分布均服从高斯分布，与理论结果比较符合，验证了三步相移干涉法对散射介质光学传输矩阵测量的正确性; 所述系统的可聚焦焦深较长，且在焦深范围内均可实现单点聚焦和多点聚焦。

针对光栅横向剪切干涉仪研究了旋转绝对检测的方法，并用前36项Zernike多项式标定出剪切装置的系统误差非对称项。研究结果表明，将面形检测的绝对算法应用于检测镜头系统波像差，在干涉仪系统误差消除后可以达到相对理想的检测精度。实验数据的重复性的均方根可以达到0.14 nm。

利用激光诱导液面自组装法制备金纳米棒光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针，探讨制备过程中激光诱导功率和诱导时间对探针灵敏度的影响。将优化条件下(70 mW，7 min)制备的光纤SERS探针与便携式拉曼光谱仪联用，实现福美双、甲基对硫磷两种农药残留的高灵敏度检测，检测灵敏度分别达到10-7 mol/L和5×10-7 mol/L。探针具有良好的SERS检测重复性，相对标准差小于6%。该激光诱导液面自组装法具有操作简单、成本低廉、探针制备时间短等优点，能够实现高灵敏度光纤SERS探针的重复、批量制备; 优化制备的光纤SERS探针在多种农药残留检测应用中展现出良好的应用前景。

为适应高功率激光系统的紧凑空间需求，将基于二阶鬼像的远近光场耦合方案应用于高功率激光准直技术中，设计并搭建出灵敏的小型准直光学系统。提出完备的测试方案，验证了该方案的可行性，获得近场测量灵敏度为7.04 μm/pixel，远场测量灵敏度为18.14 (″)/pixel，并得到远场变化对近场的影响关系，用以优化光束校准。相比于传统远、近场分离的准直系统，该方案在满足成像质量和分辨率要求的同时，大幅缩减了光路和器件数量，远、近光场相互影响和校准的反馈处理更便捷。

光纤1/4波片是光纤电流传感系统中的关键器件，为此提出并实现了一种1/4波片制作方法。该方法将两段长度近似相等的高双折射光纤(HBF)以轴间夹角90°进行熔接，然后拉伸其中一段光纤使得它们的相位差为π/2，从而制成1/4波片。调节时，将正交熔接的光纤接入到3 dB耦合器构成高双折射光纤环镜(Hi-Bi FLP)，实时检测环镜的透过率以确定相位差。推导了检测系统的透过率公式，详细分析了调节过程中透过率曲线的变化规律，并根据透过率及透过率曲线的斜率来确定相位差。搭建了调节系统，验证了该方法的可行性。该方法具有准确度高、调节方便等优点。

为了实现低成本、低复杂度以及高精度的室内定位系统，提出了基于指纹的室内可见光定位方法。该方法利用可见光发光二极管作为信号源，根据接收到的可见光信号强度信息，结合三角定位算法和指纹定位算法，实现室内高精度定位。定位过程主要分为两步：第一步，通过三角定位算法确定移动目标粗略的位置范围; 第二步，以该位置范围作为限制条件，使用指纹定位算法实现更精确定位。实验结果表明，该方法与传统的基于可见光信号强度的定位方法相比，平均定位精度提高了64.71%; 同时，与传统的基于指纹的定位方法相比，可以在更低复杂度的情况下，实现更精确定位。

微针经皮给药结合了注射和经皮给药两者的优势，可提高大分子药物的经皮吸收量，对皮肤几乎无损害，因此具有良好的应用前景。然而，此技术仍处于发展阶段，需要利用成像手段对微针刺入皮肤的深度、药物颗粒的吸收/释放行为等进行研究。利用圆环达曼光栅产生的贝塞尔光束照射样品，搭建了一套扫频光学相干层析成像(OCT)系统。该系统能够在更长的焦深范围内保持高的横向分辨率，实测系统的有效焦深为1.68 mm，共焦位置附近的横向分辨率为3.61 μm，满足微针经皮给药的成像要求。利用搭建的系统对可溶性微针刺入皮肤前后进行成像，能够清晰地看到微针的边缘、刺入深度和在皮肤上留下的微通道，并观察到了微针在皮肤内的溶解过程。

基于响应面法设计方法对离体皮肤组织进行脉冲激光焊接实验，获得了组织切口的抗张强度和峰值温度数据; 在单因子实验的基础上，以激光功率、光斑移动速率、激光频率作为3个影响因子，建立多元非线性数学回归模型，通过方差分析和回归分析得出该回归模型的相关系数：切口抗张强度的相关系数为0.9131，切口峰值温度的相关系数为0.9985。模型分析结果表明：激光功率、光斑移动速率和激光频率3个因素的主效应和交互作用对切口性能具有很大影响，对切口抗张强度影响最大的主效应为激光功率，交互效应为激光功率与光斑移动速率; 对切口峰值温度影响最大的主效应为激光功率，交互效应为激光功率与光斑移动速率、激光功率与激光频率、光斑移动速率与激光频率。最后依据回归模型得出了最优激光工艺参数组合，回归模型预测响应值与实验结果相吻合，且切口强度满足要求。

利用柱面波与平面波干涉形成一种二维(2D)全息聚合物分散液晶(H-PDLC)变间距光栅。为了使聚合物与液晶分离得更加彻底，采用曝光强度为16 mW/cm2、波长为532 nm的激光进行实验，并且两次曝光时间分别为2 s和60 s，通过将样品二次曝光和旋转60°形成2D六角晶格H-PDLC变间距光栅，分别研究了光栅的理论周期变化范围、衍射特性、电控特性以及影响光栅周期变化的参数分析。结果表明：在半径为6 mm的圆形范围内，光栅的周期变化区间为1.804~2.281 μm，与理论计算所得结果基本一致。在没有加载电压的情况下，一级衍射效率达18.3%，当加载电压达到90 V时，零级衍射效率由15.6%增加至73%。该光栅具有变周期和电控特性，在衍射光学领域具有潜在的应用价值，可用于染料掺杂2D H-PDLC光栅的可调谐多波长有机激光器的研究。

设计了一种基于弱光纤布拉格光栅阵列的增强相位敏感光时域反射仪(-OTDR)振动传感系统，以反射率较大的弱光纤光栅反射信号代替-OTDR中的瑞利散射信号，利用相邻弱光纤光栅反射信号间干涉信号的强度变化来判断光纤线路上振动事件的情况，并采用时分复用技术对振动点进行精确定位。结果表明，该系统在面向振动信号的检测与解调方面比-OTDR更为简便，同时能实现分布式测量，并能解调出频率范围为10～500 Hz的任意振动信号，在周界安防领域具有实际应用价值。

以马赫-曾德尔干涉仪为模型，分析了基于相干态光源的量子干涉雷达的探测原理，系统研究了由大气闪烁引起的光强起伏和大气损耗对量子干涉雷达性能的影响。将湍流大气视作耗散-涨落通道，结合经典湍流统计推导得到了湍流大气的透过率系数概率分布(PDTC)函数P(T)。利用P(T)分析了量子干涉雷达的灵敏度、分辨率，深入讨论了大气平均透过率T-A、闪烁指数β2D对其探测性能的影响。结果显示：高损耗环境中大气闪烁引起的透过率起伏能显著提高相干态量子干涉雷达的灵敏度。

提出一种基于纳米膜涂覆的外包层腐蚀双包层光纤(DCF)复合结构传感器。该结构可以通过调控腐蚀时间和纳米膜涂覆厚度来改变传感器的耦合模式、谐振波长、最佳折射率传感区间等传感器参数。理论分析了DCF外包层厚度减小时，DCF模式耦合特性以及折射率传感灵敏度的变化情况。实验中通过在外包层直径为59 μm的DCF上涂覆2000层的Al2O3纳米膜，实现了在1.336~1.356折射率范围内1200 nm/RIU的灵敏度(RIU为单位折射率)，这是未经腐蚀和涂覆DCF的24倍。该传感器具有灵敏度高、一致性好、耦合模式可控、传感器参数可定制化等优点，有望在生物医学和化学检测等领域有极大的应用价值。

针对相干激光雷达远场回波信号信噪比低，提取困难的问题，提出了脉冲编码技术，以改善系统信噪比，增大雷达探测距离。研究了相干激光雷达系统中Golay码的编码和解码原理，理论分析了采用脉冲编码技术对系统信噪比的提升效果。基于大气分层模型仿真生成了相干激光雷达时域回波信号。基于Golay码解码原理得到了脉冲编码系统的风速结果，仿真结果表明，时间分辨率为1 s，距离分辨率为60 m的情况下，使用Golay编码脉冲作为相干激光雷达的探测脉冲，在0~5.3 km范围，风速误差小于3 m·s-1。在相同的测量时间内，相比于传统脉冲相干激光雷达，基于脉冲编码技术的相干激光雷达将探测距离提高了2.5 km，提高了远场弱信号的信噪比。

为提高土壤重金属激光诱导击穿光谱(LIBS)特征谱线的信背比(SBR)和稳定性，并降低元素检测限，研究了土壤LIBS连续背景辐射以及Fe、Pb、Ca、Mg等4种元素特征分立谱线的偏振特性，对比分析了有、无偏振条件下元素特征谱线的相对标准偏差(RSD)、SBR与检测限。结果表明：4种元素的特征谱线Fe Ⅰ：404.581 nm、Pb Ⅰ：405.780 nm、Ca Ⅰ：422.670 nm和Mg Ⅰ：518.361 nm及其相应连续背景辐射的偏振度分别为0.27、0.17、0.25、0.23和0.70、0.64、0.69、0.67。偏振分辨LIBS(PRLIBS)技术使得4条特征谱线Fe Ⅰ：404.581 nm、Pb Ⅰ：405.780 nm、Ca Ⅰ：422.670 nm和Mg Ⅰ：518.361 nm的RSD分别降低了3.28％、2.2％、3.24％和1.34％。PRLIBS技术有效抑制了连续背景辐射，4种元素特征谱线的SBR分别提高了5.59、5.67、5.30、7.35倍。在有、无偏振条件下，Pb元素的检测限分别为17.4×10-6和39.4×10-6，偏振条件下的检测限为无偏振条件下的44%。以上研究结果为进一步提升土壤重金属的LIBS定量分析能力提供了数据支撑。

激光诱导击穿光谱(LIBS)中通常含有丰富的元素特征谱峰，谱峰的准确识别是利用LIBS技术进行元素定性、定量分析的前提和基础。针对传统谱峰元素识别方法准确率偏低、可靠性不足的缺点，提出了一种元素谱峰自动识别的新方法。该方法首先利用Voigt函数对实验光谱进行拟合，以克服谱峰重叠和噪声干扰; 通过滤波处理后提取拟合谱峰的中心波长、光强、半峰全宽和谱峰质心作为谱峰特征参数向量，并将待识别光谱的谱峰特征参数向量与美国国家标准与技术研究院(NIST)标准谱线数据库中的元素谱线进行相似性分析，从而实现谱峰元素的自动识别。分别利用NIST标准数据库和茶叶样品LIBS光谱数据进行实验研究，验证了该方法在LIBS谱峰元素识别上的有效性。

研究了一种基于主动关联成像方式的太赫兹成像系统，可利用一个太赫兹单点探测器实现目标的高速、高分辨二维成像，突破了太赫兹器件的分辨率限制。该系统采用双调幅板旋转方式产生可重复使用的测量矩阵，大幅提高了成像速度。通过数值模拟给出了成像距离、调幅板随机图形尺寸、采样次数、采样矩阵相关性等参数对成像结果的影响，得到最佳实验参数，并优化了双调幅板的运动策略。搭建的太赫兹主动关联成像实验装置采用波长为3 mm的太赫兹源，实验证明其成像分辨率为4 mm，且成像时间由调幅板的电机转速决定，证实了此种太赫兹成像方式的可行性。

采用分子束外延技术制备了基于共振隧穿二极管的探测器样品。为提高探测响应度，探测器采用蝶形天线增强太赫兹电场强度，并以0.2 THz入射频率为参考对天线结构进行设计。测试采用输出功率为20 mW的太赫兹源，室温下在有无太赫兹波辐照时分别进行电流-电压(I-V)测试，峰值电压为1.398 V。对比最大电流值之差，计算得到探测器响应度为20 mA·W-1，噪声等效功率为15 nW·Hz-0.5，并通过测量探测器对不同角度入射太赫兹波的响应，验证了天线对太赫兹电场的增强作用。