现实中存在大量对称物体，利用三维激光扫描设备可获得对称物体的三维点云，但由于遮挡及设备本身等因素，三维点云会产生缺损。针对该问题，提出一种基于物体对称性的非完备激光三维点云分类补全方法。根据单幅二维图像中的对称关键点，建立对称平面的映射关系，根据对称平面在点云中的位置对非完备点云进行分类。针对半残缺点云，直接进行对称平面检测，然后做镜像补全；针对残缺未过半点云，与镜像点云融合后去除镜像点云中的重复数据点，完成补全；针对残缺过半点云，与镜像点云融合后利用孔洞直接修复方法补全缺失信息；针对极度残缺点云，考虑到缺失信息过多，将输入点云与镜像点云融合后再与完整的相似点云进行融合，去除冗余点完成缺失信息弥补。非完备三维点云的实际采集点云与公共数据库中点云的实验结果显示，所提补全方法能将不同类型的非完备点云补全为与完整点云极为相似的点云，验证了所提分类补全方法的有效性和可行性。

提出并实现了一种基于均匀光纤布拉格光栅（Uniform fiber Bragg grating，UFBG）和双环复合子腔滤波器的可调谐单纵模掺铥光纤激光器。3 dB带宽为0.18 nm的UFBG作为波长选择器件，与可进行模式选择的双环复合子腔滤波器相结合，实现了单纵模激光输出。测得激光器的输出波长为2 048.69 nm，光信噪比为71.82 dB。60 min内的最大波长和功率波动分别为0.03 nm和0.76 dB。此外，激光器的相对强度噪声在>0.5 MHz时，低于-127.81 dB/Hz；采用基于3×3耦合器的非平衡迈克尔逊干涉仪装置测得0.001 s时激光线宽为 7.719 6 kHz。通过调整微位移平台改变作用在均匀光栅上的应力，单纵模激光实现了5.1 nm范围可调谐输出。

本工作首次在新型Nd∶Gd_0.1Y_0.9AlO₃（Nd∶GYAP）晶体上实现了540 nm倍频绿光激光器。Nd∶GYAP晶体产生在1 μm波段的基频激光中心波长为1 079.4 nm，在此基础上利用LBO晶体产生的倍频绿色激光的中心波长为539.4 nm，阈值为46 mW，最大输出功率为65 mW。这一激光系统产生的约为540 nm的绿色激光相较于传统Nd离子掺杂的晶体1 064 nm激光倍频而来的532 nm绿色激光，可以有效地避开Nd³⁺位于530 nm附近的吸收峰。因此，具有更长波长、发射峰位于约540 nm处的绿色激光器可以使激光输出更有效，并扩展绿色激光器的应用。

为有效提高宽温应用环境下激光甲烷传感器的探测精度，提出基于改进麻雀搜索算法优化BP神经网络的温度补偿模型，并利用实测大规模数据集进行验证。在模型框架上，提出具有全局寻优能力的ISSA-BP算法：利用准反射学习策略初始化麻雀种群以提高麻雀种群多样性，引入变色龙算法、Levy飞行策略和人工兔扰动策略分别对探索者位置、反捕食者位置和每代麻雀个体位置进行更新，避免算法陷入局部最优。在数据上，通过建立不同温度、不同浓度的传感器大规模实验数据集，提升温度补偿模型的训练效果并减小模型的预测误差。在-20 ℃~65 ℃温度范围内利用15 800组传感器测量数据分别对BP、PSO-BP、SSA-BP和ISSA-BP四种模型进行对比。结果表明，基于ISSA-BP神经网络的温度补偿模型预测值最大相对误差仅为0.52%，比BP、PSO-BP和SSA-BP模型分别减少了7.70%、2.46%和0.74%，MAE、MAPE、RMSE和RE量化评价指标均远优于BP、PSO-BP和SSA-BP模型。本文算法可大幅提高宽温应用环境下激光甲烷传感器探测精度，对提升激光甲烷传感器的环境适用性具有重要的参考意义。

半导体激光器的中心波长及输出功率极易受到驱动电流和工作温度的影响，为了获得精确稳定可靠的检测结果，设计了一种基于STM32的中低功率半导体激光器驱动电源和温控系统。所设计驱动电源采用深度负反馈电路，与比例积分微分算法构成双闭环功率控制。采用H桥驱动芯片控制半导体制冷片对半导体激光器温度进行精确控制。实验结果表明，所设计的驱动电流稳定性极好，稳定度在0.3％左右，精度为0.86％；温度调节速度快，长时工作温度控制精度为±0.03 ℃，稳定度可达0.18％；激光器的输出功率稳定性在±2 mW内；激光器的中心波长波动范围为0.007 5 nm，能满足激光器的工作要求。

通常自相似脉冲光纤激光器的增益光纤都为正常色散，而利用色散补偿在反常色散增益光纤的激光器中能否取得相同的效果，目前还缺乏相关研究。这类激光器输出和演化特性有何特点以及应如何优化等都成为有待解决的问题。对色散管理型含反常色散增益光纤的锁模激光器进行研究，通过和传统自相似激光系统的分析和对比，指出其完全符合无源自相似激光器特征，并可达到传统正常色散增益光纤构建的无源自相似脉冲激光器的效果。在理论上拓展了自相似脉冲激光器的可实现范围，弥补了传统自相似脉冲激光器在该方面的欠缺。此外，针对该类型激光器系统的色散图、净色散量和色散补偿部分的非线性等方面对输出脉冲的影响进行了详细讨论，为中红外波段使用反常色散增益光纤的激光器产生更高质量的超短脉冲提供了新思路。

基于外差相干检测的随机相位调制连续波激光测距具有灵敏度高、对背景噪声容忍度高等优点，但传统的解调方法都是基于序列移位相乘和傅里叶变换，需要消耗大量计算资源和计算时间。提出并验证了一种针对随机相位调制连续波激光测距的快速解调方法，通过对回波外差信号进行傅里叶变换得到多普勒频移，解调出目标速度信息，然后通过数字下变频获得回波信号的正交分量，最后利用傅里叶变换在频域实现伪随机调制序列与回波信号的循环卷积，得到目标的位置信息。在原理验证实验中，使用长度为2 047的11阶伪随机二进制序列，调制速率为40 MHz，利用快速解调方法从回波信号中成功恢复了目标位置和速度，并在光纤中实现了2.7 m的距离分辨率。

基于亥姆霍兹波动方程和非线性传输波动方程，模拟了四瓣高斯飞秒激光在空气中线性传输和非线性传输的光强空间分布，以期获得规则的多丝阵列稳定传输。研究结果表明，当初始入射激光功率相对较强时，基于四瓣高斯飞秒激光光束可获得规则的多丝阵列产生。通过改变初始束腰半径和光束阶数，实现对光丝阵列间距的调控。光丝阵列间距大于背景能量池尺寸时，光丝阵列将稳定传输且间距保持不变；小于背景能量池尺寸时，多丝相互融合进而形成稳定的单丝。当初始入射激光功率相对较弱且大于自聚焦阈值功率时，将会出现多次自聚焦现象，最终形成稳定的单丝传输。该研究提供了一种产生二维规则飞秒激光光丝阵列的方法，将为基于飞秒激光多丝阵列的实际应用，如太赫兹波增强、空气激光增强、遥感探测、微波通道以及微粒捕获等，提供理论依据。

为提升飞秒激光加工芳纶纤维复合材料制孔质量，优化制孔加工参数，进行了制孔试验。用共聚焦显微镜与超景深显微镜观察圆孔边沿形貌，并测量了热影响区大小。分析了激光功率、扫描速度和重复频率对圆孔的形貌、热影响区大小以及几何精度的影响，对比了激光制孔与机械制孔后材料的拉伸强度。研究发现，一定参数范围内，激光功率增加、重复频率降低或扫描速度减小使热影响区尺寸整体上逐渐变大。但激光功率不足导致的烧蚀不充分也会产生较大的热影响区与表面损伤。热影响区最优状态对应的激光参数为激光功率5 W，扫描速度1 050 mm/s，重复频率200 kHz。对比传统机械加工，飞秒激光加工后材料的拉伸强度波动性更小。结果表明，芳纶纤维复合材料的飞秒激光制孔加工不是完全的“冷”加工，由于芳纶纤维导热性差，热量累积造成纤维及纤维周边基材的热损伤，仍会导致较小的热影响区产生。采用合适激光参数的飞秒激光对芳纶纤维复合材料进行制孔加工，能有效提升制孔质量，满足相关领域精度和强度的要求。

针对硫化锌表面微纳米结构在中远红外波段7~10 μm的增透性能开展理论及实验研究。基于时域有限差分软件建立物理模型，理论研究微结构参数变化对减反性能产生的影响，依据红外光谱值分布图宏观展示微结构参数与透过率的关系。利用飞秒激光在空气环境中制备不同规格的微纳米结构阵列，通过实验实现了设计的结构。分别测试样品在中远红外波段7~10 μm范围内透过率，其中8 μm的网格结构在8.5~10 μm波段的平均透过率可提高4%，在10 μm波长处透过率提升7%。实验结果表明所制备的结构具有良好的抗反射性能。对比结果显示实验所示透过率变化趋势与仿真结果具有一致性。