在使用高功率激光装置进行物理实验时,高精度时间同步的时标系统是实现物理过程精确诊断的必要条件。为了满足物理实验需求,该系统采用任意波形发生器输出信号时分复用结合高速电光调制的技术方案,同源产生了主激光、时标光、电时标和高精度触发信号等多路信号。时标系统共可输出532,355,266 nm三种波长共10路梳状时标光信号及8路梳状电时标信号、两路快前沿高幅值触发信号。时标信号与主激光时间同步抖动峰峰值达到12.80 ps,梳状时标光信号脉冲周期峰值抖动为6.40 ps,接近目前采用的测量系统极限。完成了时标系统在高功率激光装置中的应用演示,满足了诊断设备应用要求;对条纹相机不同扫程进行时间基准标定实验,可有效校准相机大扫程的时间误差。

采用单偏振光纤远程传输待测光, 结合上升沿与顶端波形分离处理的时域恢复算法, 提出一种远程精确测量激光时间功率曲线的方法, 并对高功率激光驱动器前端系统中1 053 nm脉冲光的时间功率曲线进行了远程测量实验.结果表明, 该方法有效避免了幅频调制对激光脉冲时间功率曲线测量的影响, 获得了高保真的远程传输时间波形, 引入的误差在每1 ns范围内小于0.8%, 可用于高功率激光系统的时间功率曲线远程集中测量.

提出应用于激光脉冲高精度时间同步测量的技术方案。利用时间数字转换技术, 精确测量激光脉冲相对延时, 测量精度可小于10 ps(峰谷值)。为满足测量电路对脉冲宽度的要求, 设计针对短脉冲激光的电脉冲展宽模块, 可以将百皮秒量级的电脉冲展宽至纳秒量级, 引入时间抖动的均方根值小于2 ps。该测量方案实现了实时高精度时间同步测量, 可以作为时间同步反馈补偿的实时监测使用。

提出应用于神光Ⅱ装置中的拍瓦短脉冲与主压缩脉冲高精度同步方案。在该方案中，通过与门技术实现了锁模激光器输出的短脉冲序列与主激光总控触发信号时间的初步锁定，该技术是实现惯性约束核聚变高功率激光装置中长短脉冲精确同步的关键。由总控系统的触发信号作为与门中可编程现场门阵列(FPGA)电路的触发信号，锁模激光器输出的百皮秒激光脉冲通过光电转换放大,并由同步展宽装置进行处理之后，作为FPGA电路的时钟信号，能够实现系统主激光门脉冲触发信号与短脉冲激光之间均方根值为26.3 ps的同步精度，这一技术可有效提升装置中同步系统的稳定性。

提出了一种新型的基于非均匀光纤布拉格光栅（FBG）精细谱和边沿解调的应变灵敏度增强型传感器。理论研究了在轴向非均匀应变情况下普通FBG的传输谱以及基于传输谱精细结构的应变响应特性。仿真结果表明，将均匀应变转为非均匀应变的新型传感器对应变的灵敏度为普通FBG的4.6倍。在实验上设计制作了这种可将被测物体的均匀应变转换为FBG的非均匀应变以提高应变灵敏度的传感器结构。实验测量结果证明了理论分析的可行性。这种传感器在采用窄线宽激光器的FBG边沿解调方案中具有提高动态应变响应灵敏度以及增大应变测量范围的作用，同时，由于其长度可小型化，在检测高频动态应变信号方面也有较大的应用前景。

为制作宽带稳定的光纤偏振控制器件，提出了一种具有宽带稳定偏振拍长的多孔光纤模型.该模型通过调节纤芯附近一对特殊气孔和本底气孔的大小、形状以及气孔的间距，在包层中引入特定非对称结构.由于多孔光纤的偏振拍长对这些特定的非对称结构参量的误差扰动不敏感，而利用这些特定非对称结构产生的具有不同变化趋势的双折射相互补偿可以抑制双折射的非线性变化，因此不仅能有效降低偏振拍长的波长敏感性，而且能够同时降低偏振拍长对包层结构参量误差的敏感性.研究结果表明：以偏振拍长的相对变化率小于±4%为限，在1 550 nm波长窗口附近工作带宽达到200 nm，同时包层结构几何参量的误差容限达到0.1 μm量级，为实际拉制具有宽带稳定偏振拍长的多孔光纤提供了较为可行的工艺结构参量.

为降低双折射多孔光纤偏振拍长的波长敏感性，制作宽带稳定的光纤偏振器件，提出一种包层空气孔呈矩形阵列分布的多孔光纤包层结构设计方案，在包层中引入具有不同双折射变化趋势的非对称性结构，采用全矢量波束传播法并考虑熔融石英的材料色散，计算分析了不同结构参数对偏振拍长稳定性的影响。研究结果表明，这种多孔光纤的包层结构降低了偏振拍长的波长敏感性，在1.26～1.60 [μm]波长范围内，偏振拍长的相对变化率小于±4%，达到制作光纤波片的宽带稳定性能要求；同时，优化后包层结构的几何参数具有较大的误差容限，进一步降低了制作工艺的难度。

针对一种圆形晶格微结构光纤，采用有限差分波束传播法对多孔光纤的模式双折射特性进行数值模拟。通过分析横截面结构参数的变化对模式双折射的影响，得到了合适的光纤结构参数，其偏振拍长可以在1310 nm附近较宽的波长范围内基本保持稳定，工作带宽可达200 nm，具有较好的消色差特性。这种结构的光纤适合制作宽带稳定的消色差波片。

提出了一种基于偏光干涉效应测量保偏光纤拍长的新方法。利用宽谱光源和两个宽带光纤圆起偏器，与被测保偏光纤组成了全光纤的测试系统。理论分析表明，相比于光纤线偏振器构成的偏光干涉测量系统，圆偏振器可以克服保偏光纤主轴之间的角度对输出干涉光对比度的影响。采用该方法对某熊猫型保偏光纤的拍长进行了验证性实验研究，实验结果和理论分析相吻合，保偏光纤拍长测量精度和重复性为0.1 mm，干涉信号对比度可达0.9以上。由于光纤器件间无需精确对轴，因此该方法光路结构简单，操作要求较低。

针对六边形晶格微结构光纤，采用有限差分波束传播法对多孔光纤的模式双折射特性进行数值模拟，分析了横截面结构参数的变化对模式双折射的影响。得到了两组合适的光纤结构参数，其偏振拍长可以在较宽的波长范围内基本保持稳定，具有较好的消色差特性：一种结构的偏振拍长在1310 nm波长附近的工作带宽可达200 nm；另一种结构的偏振拍长在1550 nm波长附近的工作带宽可达260 nm。这两种结构的光纤均适合制作宽带稳定的消色差波片。