提出了一种基于多阶时域差分重构相关法的拉曼分布式光纤传感技术。该方案利用混沌信号、放大自发辐射（ASE）信号和噪声信号代替传统脉冲激光作为传感信号，基于多阶时域差分重构方法重构拉曼反斯托克斯散射信号，以此剥离出各个传感光纤位置点携带探测信号时序随机起伏特征的光强信息。最后基于相关压缩解调方法，揭示了拉曼散射温度调制光场空间位置与探测信号的相关特性。从理论上将时域差分重构方法推广至任意阶数，分析了差分阶数对传感系统信噪比的影响，并分析了面向混沌拉曼分布式光纤传感技术的最优差分阶数。研究了混沌信号、噪声信号、ASE信号这三种信号作为探测信号时拉曼传感系统的数值模拟情况，结果证明了拉曼光纤传感领域混沌信号在动态范围与信噪比方面具有显著优势，为长传感距离、高空间分辨率和高信噪比拉曼分布式光纤传感技术提供了新的研究思路。

考察倾斜表面纳秒激光抛光后的表面形貌演化规律及表面倾斜程度对抛光效果的影响规律, 可以为增材制造中的自由曲面激光抛光提供参考。采用纳秒激光对不垂直于光轴的粗糙平面进行激光抛光, 并采用激光共聚焦显微镜对激光抛光后的表面形貌进行测试分析。结果表明: 表面倾斜30°时, 抛光后的表面在距离起始点4 mm附近存在表面轮廓波动异常增大的现象, 表面粗糙度值增大到15.80 μm; 倾斜角度增大到45°时, 表面轮廓波动异常增大的位置变化到2 mm附近; 倾斜角度为60°时, 未发生表面轮廓波动异常增大现象。表面轮廓波动异常增大现象反映了激光抛光从过熔型抛光到浅熔型抛光的过渡过程; 自由曲面的激光抛光工艺需要根据抛光区域的倾斜程度和表面粗糙度选定合适激光功率密度和离焦量, 从而实现良好的激光抛光质量。

水下爆炸当量和深度估计是全面禁止核试验条约(CTBT)国际监测系统(IMS)水声监测的一项重要任务。为有效估计海域内爆炸事件的当量和深度, 在使用气泡脉动周期半经验公式的基础上, 综合利用水下爆炸气泡脉动第一次、第二次周期比值与气泡半径、深度的关系信息, 估计了近、远场的水下爆炸当量和深度, 对不同当量、爆炸深度的近场水下爆炸分析结果为: 100 g TNT、7 m爆炸深度条件下, 估计当量均值约118 g、估计深度均值约7.96 m; 100 g TNT、25 m爆炸深度条件下, 估计当量均值约76 g, 估计深度均值约21.4 m; 1 kg TNT、50 m爆炸深度条件下, 估计当量均值约1.23 kg、估计深度均值约44 m。上述分析结果表明: 采用的联合估计方法对深度的估计要比对当量的估计更为准确。进一步分析可知: 对于50 m爆炸深度、100 g TNT小当量的爆炸信号来说, 该方法未能给出估计结果, 这表明该方法估计水下爆炸当量是在爆炸深度上受限的。最后对IMS水声台站记录的远场水下爆炸事件进行了分析, 其当量、深度估计结果与参考文献一致, 这说明该方法同样适应于对远场爆炸信号的估计。

激光冲击成形是利用激光冲击波和凹模的限制作用实现膜材微纳结构制备的有效方法, 近20年来得到学术界的广泛关注。目前广泛使用的激光冲击成形工艺中, 激光光斑跨越数个微结构特征并且所使用的激光重复频率小于1000 Hz, 这一方面使激光束所覆盖的各个结构受到的冲击波作用不均匀, 另一方面低重复频率激光限制了激光冲击成形速度。为此, 提出高脉冲重复频率小光斑激光扫描冲击渐进成形工艺用于微结构成形制造。采用脉冲重复频率为40 kHz、光斑直径为50 μm的高脉冲重复频率小光斑激光冲击成形宽度为200 μm、长度为6 mm的微槽结构, 分析成形微结构的高度和微结构的截面形状随激光扫描范围的波动情况。结果表明, 在激光扫描范围变动的情况下, 成形微结构的高度较为稳定; 在微结构的起始阶段和终止阶段, 成形微结构的高度具有一定的过渡范围, 终止阶段的过渡长度远大于起始阶段的过渡长度; 所成形的微结构截面能够采用圆弧进行拟合。

光场显微粒子图像测速技术通过单光场相机即可实现微尺度三维速度场的测量，但单光场相机角度信息有限，导致粒子重建的轴向分辨率低、重建速度慢。基于此，提出一种基于卷积神经网络深度学习模型的光场显微粒子三维空间分布重建方法，以实现粒子三维分布的高分辨率快速重建。首先，根据光场显微成像模型，基于粒子的实际发光特性生成模拟光场图像，进而构建“粒子空间分布-光场图像”数据集；然后，耦合光场显微成像特点，建立卷积神经网络深度学习模型，通过“粒子空间分布-光场图像”数据集对模型进行学习和训练，获得光场显微三维粒子空间分布预测模型，并对预测模型的性能进行评价；最后，测量水平微通道层流流动中的示踪粒子空间分布和三维速度场。模拟和实验结果表明：相比常规的反卷积方法，所提方法的粒子重建轴向分辨率提高79.3%，基本消除了粒子重建的拉伸效应；单张图像重建时间仅为0.243 s，可以满足实时测量的需求。

地震、次声和水声是《全面禁止核试验条约》（CTBT）规定的3种远距离波形监测技术手段，目前CTBT国际监测系统（IMS）的地震、次声、水声监测台站基本采用传统的电学传感设备。分布式光纤传感技术是一种新型的传感技术，仅利用单根光纤的光学效应即可获得沿线各点处的振动或应变，在禁核试核查监测领域展现出广泛的应用前景。分布式光纤传感技术的原理及发展现状表明，分布式光纤传感技术在地震、次声、水声监测方面可直接应用于探测系统获取振动信息，还可应用于现有光纤通信设施获取信息作为监测数据的补充。基于分布式光纤传感技术的探测系统具备的分布式测量、灵敏度高、稳定性好等特点，为地震、次声、水声等探测设备的改进提供了新思路；但分布式光纤传感系统通道密集、采样率高、数据量大的特点，对监测数据的实时处理提出了新的挑战。此外，分布式光纤传感技术的应用对IMS监测能力所带来的影响还需进一步的研究和评估。

本课题组设计了一种用于硅基外延激光器的对称负极芯片结构，与传统共面电极芯片结构相比，该结构大幅降低了硅基激光器的微分电阻，使激光器性能显著提升。采用该电极结构以及基于无偏角Si（001）衬底的量子点激光器外延材料进行了激光器芯片制作。芯片尺寸为1500 μm×50 μm的激光器的微分电阻仅为1.52 Ω，单面输出光功率可达70 mW。实验结果表明：相比于传统共面电极芯片结构，该芯片结构可将器件的微分电阻降低约75%；当注入电流从1.2倍阈值电流增大到2.8倍阈值电流时，激射波长红移量减少了约77%，特征温度由27.2 K提高到43.4 K，斜率效率增大了约26.4%，最大光电转换效率增大了约4.7倍。所设计的芯片结构方案为制作高性能硅基外延激光器提供了一种优化的技术途径。

针对现有生成式对抗网络对单图像进行超分辨率重建时存在特征信息挖掘不足、算法复杂度高及训练不稳定的问题，提出一种聚合残差注意力网络的单图像超分辨率重建方法。首先，以聚合残差模块作为基本残差块构造生成器，降低计算复杂度，在每个残差块中引入具有三维权重的注意力模块作为网络主通道，在不引入其他参数情况下捕获更多的高频信息。其次，在鉴别器中采用谱归一化处理，对鉴别器网络参数进行限制，从而稳定训练过程。最后，采用拟合性更好的Swish激活函数，提高网络的特征提取能力。将鲁棒性更好的Charbonnier损失函数作为像素损失，同时加入正则化损失抑制图像噪点，提升图像的空间平滑性。实验结果表明，所提方法得到的四倍放大的超分辨率重建图像在Set5、Set14、BSD100三个公开数据集上的峰值信噪比平均值提高了1.54 dB，结构相似性平均值提高了0.0457，重建图像拥有更好的清晰度和更为丰富的高频细节。

采用10 000 W光纤激光器开展磁场辅助激光摆动焊接10 mm厚6061-T6铝合金的工艺试验。利用超景深显微镜和扫描电子显微镜(SEM)分析焊缝截面的宏观形貌和微观组织形貌。观察到在磁场辅助激光摆动焊接的作用下，焊接接头的下塌、飞溅和凹坑等缺陷得到了明显抑制。进而通过高速摄像机对焊接过程中熔池和小孔的行为特征进行了直接观测，观察到磁场有稳定磁场流动的作用。然后进行了X射线探伤测试了焊缝的气孔率，200 mT磁场辅助激光摆动焊接的气孔率最小，能达到0.856%。最后进行了拉伸性能测试，磁场辅助激光摆动焊接的拉伸强度最高能达到318.85 MPa。