利用环形艾里振幅调制部分相干光（PCB），解决PCB的光束扩散问题，并研究了艾里函数尺度因子、截断孔径和相干长度对光束自聚焦距离和聚焦强度的影响，以及部分相干环形艾里光束在湍流环境中的闪烁指数。研究结果表明：通过调制环形艾里振幅可以控制PCB的聚焦距离，并在保留PCB对抗湍流影响、减轻光强闪烁的同时减少光束发散，聚焦点处光强闪烁较原本PCB得到进一步降低。

提出了一种千瓦级半导体激光器叠阵中单巴条的激光功率和光谱参量的集成测试技术。利用自主研发的光阑将激光器叠阵中任意单巴条的光束与其他巴条的光束分离，并利用积分球对分离出的单巴条光束的功率和光谱参量进行集成测试，再与整个激光器叠阵的功率和光谱参量的集成测试结果进行比对。实验结果表明：利用自主研发的光阑实现了将1 kW激光器叠阵中任意单巴条光束与其他巴条光束的分离，光阑对单巴条光束的透过率为98%；结合积分球集成测试系统实现了激光器叠阵中所有巴条的单独测试，解决了激光器叠阵中单巴条测试需要拆封的传统问题。此外该系统实现了对整个激光器叠阵的快速扫描测试，可直观反映激光器叠阵中每个巴条的情况。

设计了一种用于产生多轴非对称结构光束的新型多轴非对称指数型锥器件,器件由非对称结构和多轴结构复合而成。利用理论计算、数值模拟和实验测量方法,验证了多轴非对称结构光束在传播过程中会产生多个焦点并且具有独特的能流特性。利用这一特性设计并开展了利用聚焦多轴非对称结构光束操控聚苯乙烯荧光微球的实验,结果表明,多轴非对称结构光束使得聚苯乙烯微球在被捕获过程中表现出“加速-减速-再加速”的运动规律,与模拟计算结果一致。多轴非对称指数型锥器件及其产生的多轴非对称结构光束在药物传输、微粒筛选等领域中有着重要的应用价值。

激光光源的方向抖动是激光三角位移传感器测量误差的重要来源。为了抑制光源光束抖动,设计了一种基于差分成像的激光光束指向控制装置。该装置由一个准直激光器和两个接收透镜组组成,其中两个接收透镜组关于发射激光光束的光轴对称,每个接收透镜组由一个聚焦透镜和一个光电电荷耦合器件组成。激光光源光束抖动角度控制在0.4°以内时,成像在两个光电探测器上的激光光束的质心的均值可控制在误差许可的范围内。实验结果表明,采用该装置,拟合误差的估计标准差由28.53 μm减小至0.2532 μm,重复性精度由原来的±0.7 mm降低至±5 μm,非线性误差由全量程的±0.8% 减小至全量程的±0.04%。

介绍了激光光束经过湍流大气以及散射介质的传输特性。当激光在湍流大气中传输时, 湍流大气的扰动会影响光束的传输特性。此时, 激光光束仍然保持光束的特性, 因此可以应用扩展的 Huygens-Fresnel 衍射积分研究激光在湍流大气中的传输特性。研究表明, 当光束在湍流大气中传输时, 光束的光斑大小、偏振态、空间相干度、闪烁因子等参数发生了变化。这些参数的变化除了与大气湍流性质有关外, 还与光束的特性有关。因此选择合适的入射光束可以减低湍流大气对光束传输的影响。当相干激光经过散射介质后, 会呈现散斑。通过调控入射激光的波前, 可以使得激光经过散射介质后聚焦。介绍了实现激光经过散射介质聚焦的技术, 包括基于迭代反馈的波前整形技术、传输矩阵, 以及数字相位共轭技术等。最后, 展望这些技术应用于激光在实际大气中的传输, 实现激光穿云透雾的目标。