为了改善铝/钢连接性能, 采用激光技术通过调整工艺参数获得了拉伸强度达到铝母材40％的不等厚铝/钢对焊接头, 并对接头焊缝组织、界面化合物、力学性能展开了分析。结果表明, 焊接速率为1.8 m/min、激光向钢侧偏置0.3 mm、离焦量为0 mm、激光功率为3.0 kW时, 接头抗拉强度达到38 MPa; 保持其它焊接参数不变, 离焦量为-2 mm时, 接头抗拉强度进一步提升至57.7 MPa, 焊缝截面形状由酒杯状变为束腰状, 熔合线更加整齐, 附近裂纹、气孔缺陷明显减少; 焊缝界面区域物相衍射与能谱分析表明, 沿熔合线垂直方向生长的化合物为脆韧程度不尽相同的FeAl、FeAl3、Fe2Al5和Fe2CrAl、Fe3Al; 接头整体拉伸断裂模式为脆性断裂, 断口表面部分位置连接强度较好, 呈凹陷状, 检测发现Fe3Al。此研究结果在提升车身铝/钢连接处性能、车身减重以及节能减排方面具有重要现实意义。

1.7 μm波段有许多分子吸收线, 位于活体组织的透明窗口中。该波段激光源在材料加工、中红外激光产生、气体检测、医疗手术和生物成像等领域有着重要的应用, 受到国内外研究者的重视, 并取得了一些研究成果。总结了国内外1.7 μm波段激光器的研究进展及相关应用, 介绍了长春理工大学在该领域的工作。尽管现有的研究和应用仍面临着一系列问题, 但随着相关技术的不断提高, 1.7 μm波段高性能光纤激光器必将得到快速的发展。

为了解决常规数字图像相关法应用于高温工况下热应变测量时, 人工制作的散斑受高热载荷冲击容易出现变色、熔化、脱落的问题, 采用激光散斑作为数字图像相关法特征纹理的方法, 计算温度变化前后散斑图像相关性来测量金属热应变, 进行了非真空环境下加热试件的实验, 以及在管式加热炉中分别对铝试件和钨试件进行人工散斑和激光散斑的真空加热实验对比, 取得了相应的散斑图像, 并计算出平均应变曲线数据。结果表明, 在非真空环境下, 由于热流扰动导致激光散斑图像抖动较大, 测量出的热应变曲线存在较大的干扰噪声; 铝从室温升至450 ℃和钨从室温升至800 ℃的热应变与人工散斑结果相对一致; 激光散斑数字图像相关法在类似聚变堆偏滤器高真空、高热流条件下, 可以有效地测出金属壁面的动态热应变。该研究为聚变堆偏滤器第一壁材料的损伤诊断提供了新思路。

为了解决不同的光学相干层析（OCT）图像预处理方式对皮肤真皮层散射系数计算影响的问题, 提高无创血糖的测量精确度, 提出了一种对OCT图像数据前期处理的最优化方法。在对采集的3维图像数据进行皮肤表面对齐、3维重建、1维平均处理的基础上, 分析了背景噪声和数据是否归一化对血糖预测精度的影响, 并结合临床实验进行了验证。结果表明, 预测误差较预处理之前减小了18.31%。该研究对于提高基于OCT技术的光学无创血糖测量精度具有重要的参考价值。

为了优化非晶合金与晶体金属的激光焊接工艺, 运用最大平均功率300 W脉冲红外激光焊接锆基非晶合金Zr57Nb5Cu15.4Ni12.6Al10与440、304、17-4PH不锈钢。采用材料分析手段和力学测试方法对实验焊接接头的材料微观组织、成分组成以及力学性能进行了表征, 取得了合适的激光偏移量焊接工艺参数、焊接接头微观组织特性数据及其力学性能数据。结果表明, 激光焦点往不锈钢侧偏移0.2 mm~0.3 mm可以使焊接熔化均匀并有效提高抗弯强度, 通过合适的焊接工艺使非晶合金与17-4PH接头抗弯强度达339 MPa; 非晶合金与3种不锈钢的激光焊接接头主要分为熔化混合区与热影响区, 熔化混合区中发现了呈树枝状与颗粒状的结晶组织, 焊后通过低温退火可使抗弯强度提升14%~48%。此研究结果对扩大锆基非晶合金在各个领域的应用具有指导意义。

为了研究超短激光脉冲与双液滴相互作用过程中的光学击穿和等离子体分布, 基于麦克斯韦方程组和电离速率方程, 构建了飞秒激光与双液滴的瞬态耦合模型, 使用有限元分析方法, 对飞秒激光辐照微米量级双液滴的自由电子密度和光场分布进行了计算, 得到了双液滴结构对液滴光学击穿和等离子体变化的影响。结果表明, 第2个液滴的击穿阈值约为同等条件下单液滴击穿阈值的35%; 等离子体的形态和击穿点的位置随双液滴间距发生变化, 且在聚焦区域产生纳米等离子体射流; 第2个液滴对激光能量的吸收随着双液滴间距的增加而减少; 当分别使用满足击穿阈值的光强入射, 双液滴吸收的能量约为单液滴的3%; 第2个液滴对激光能量的吸收随光强增大而增大, 能量吸收比例最终趋于0.01, 仅为单液滴的1.5%。该研究为激光诱导水击穿和激光在大气中的传输提供了一定的参考。

为了解决大视场红外告警系统中目标定位精度较差的问题, 采用一种基于主动标志物的多项式拟合法, 对大视场红外告警系统中目标方位提取进行了理论研究和实验验证。利用高温陶瓷加热片模拟红外目标, 通过高精度2维转台获得相机姿态角与目标中心坐标的对应数据点集, 采用二元高阶多项式对目标方位信息进行拟合, 实现了大视场红外告警系统中目标高精度方位提取。结果表明, 该拟合方法的角度误差在±0.1°以内, 目标定位精度较高。这一结果有助于大视场红外成像中目标方位的提取。

基于光学多普勒效应的无创血流测量技术具有实时性、无需介质、非侵入式等性质, 在临床医疗等领域存在着极大价值与应用前景。目前光学无创血流测量技术主要有激光多普勒血流测量技术、光学相干层析多普勒成像技术和光声多普勒血流测量技术。对这3种技术进行了原理分析, 简述了其研究现状, 并对这些新型技术的未来和发展进行了展望。

为了实现深空探测系统对成像光束的高速和高精度控制, 以50 mm×4 mm的单晶硅反射镜作为负载, 采用理论和仿真分析相结合的方法, 对音圈电机驱动的快速反射镜进行了理论分析和实验验证。给出了该快速反射镜的一般构成、工作原理及数学模型, 采用有限元法分析计算了音圈电机线圈、永磁体和气隙尺寸对驱动力矩的影响, 最后设计、制作了快速反射镜样机, 并进行了测试。结果表明, 快速反射镜的转角范围大于±1°, 带宽（3 dB）大于500 Hz。该研究结果有助于推广光学快速反射镜在深空探测、激光通信、光电对抗等领域的应用。

为了探究在圆偏振激光脉冲中电子初始位置对其运动轨迹和空间角辐射的影响, 根据非线性汤姆逊散射模型、能量方程以及拉格朗日方程推导出了高能电子的空间运动方程, 并与MATLAB数值模拟的方法相结合, 做出了高能电子空间运动轨迹图和空间角辐射模拟图。结果表明, 电子在涡旋横向力的作用下在全空间运动的前部轨迹呈紧密分离螺旋状, 而后部轨迹由空间间隔遥远的稀疏圆组成, 随着电子初始位置的右移, 空间角辐射达到最大值时, 极角θ和方位角的值有不断减小的趋势, 在z0=5λ0后趋于稳定, (θ,)=(23.5°,175.5°); 激光脉冲中电子初始位置的改变对电子的运动轨迹和空间角辐射有较大影响。该结果为后续研究电子初始位置对高能电子辐射特性的影响奠定了基础。

为了解决电力系统中关键材料电触头同时受到电弧烧蚀、动静触头相互碰撞产生的冲击载荷和摩擦以及电流产生焦耳热引起的熔焊的问题, 提高电气设备的使用性能, 发展新型高性能触头材料, 提出了一种石墨烯/紫铜复合触头的新型制备方法。采用等离子体辅助加工手段, 在质量分数为0.999的紫铜表面上制备出镍铜合金过渡层, 在此过渡层上利用高功率连续激光原位制备石墨烯表面薄膜, 全覆盖于紫铜基底表面, 作为独立涂层来抵抗触头材料所受的破坏, 探索了制备石墨烯复合触头材料过程中的等离子体辅助加工工艺以及激光加工工艺。结果表明, 石墨烯/铜基触头材料具有优异的电工特性, 电阻与紫铜相近, 硬度为紫铜的1.8倍, 摩擦系数仅为0.06。本研究可为电工材料提供新的解决思路和新的材料体系。

为了解决目前地下电缆隧道点云中电缆支架与电缆分离困难、电缆点需要人工提取的问题, 提出一种基于区域圆柱面拟合与抗差自适应Kalman滤波的地下电缆点云自动提取分割算法。首先基于电缆局部呈圆柱的形状特征, 将区域点云进行圆柱面拟合以确定电缆初始区域的中心轴线与半径; 再将初始区域电缆的轴线作为区域电缆走向, 结合抗差自适应Kalman滤波算法对电缆中轴线进行延长估计, 得到单条完整电缆中心轴线, 最终实现电缆点云单条分割。结果表明, 电缆初始区域单位权中误差在0.015 m以内, 能够有效区分电缆点与其它类别点; 电缆中轴线延长在地下电缆点云存在缺点、噪点情况仍保持稳健估计, 具有较好的鲁棒性。该方法有效提升了地下电缆提取的准确性和可靠性。

为了提高非接触式测量的数据处理精度, 采用一种分阶段配准的方法, 先将缺损叶片分为4个部分, 采用自配准算法对每部分进行配准; 再对相邻两部分采用改进的完全配准算法进行整体配准。结果表明, 自配准算法与传统算法相比, 在配准误差均小于0.005 mm的前提下, 配准时间可以缩短到1 s以内; 完全配准与传统算法相比, 速度较快, 并通过0级的标准量块测量实验得出系统的测量误差小于0.010 mm, 满足叶片测量的精度要求。该分阶段配准方法对测量航空叶片具有一定的应用价值。

为了提高电致定向型红外靶标在挂载飞行过程中动态指向精度, 在硬件限制的位置信息更新频率难以提高的条件下, 提出了卡尔曼滤波算法对靶标的位置信息进行预测从而提升更新速率的解决方案, 利用全球定位系统和惯性导航系统的数据, 建立了基于飞行速度、姿态和位置信息采样频率等因素的动态指向误差模型, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明, 对红外靶标系统在匀速直线飞行过程中将位置采样率由5 Hz提升至10 Hz时, 指向角误差减小了54.66%。此研究基于现有条件, 为减小定向辐射型红外靶标动态指向误差提供了一种有益的尝试。

为了探索不同冷却方式对激光加工的影响, 采用水、气体以及水气复合3种不同冷却方式辅助激光加工碳纤维复合材料进行了对比研究, 同时采用单因素实验研究了不同工艺条件对加工质量的影响, 并分析了作用机理。结果表明, 在3种冷却方式下, 热影响区、槽深均随着功率、频率的降低而降低, 随着扫描速率的增加而降低; 在相同工艺参数下, 水气复合辅助激光加工产生的热影响区最小, 气体辅助激光加工产生的热影响区次之, 水辅助激光加工产生的热影响区最大; 当激光功率为2250 W、频率为1200 Hz、速率为120 mm/s时, 水、气体以及水气复合 3种不同冷却方式的热影响区分别为378 μm, 283 μm, 196 μm, 槽深分别为401 μm, 789 μm, 647 μm; 采用水气复合辅助激光加工可以在加工过程中实现较好的冷热平衡, 获得最好的加工质量。该研究为更好地实现碳纤维复合材料低损伤加工提供了参考。

为了探究不同年龄段人眼的视觉特性, 采用立体色域的方法建立了显示系统中不同年龄人群的视觉感知模型, 以基于CIEL*A*B*颜色空间的立体色域作为标准, 取得了不同年龄观察者的立体色域数据。结果表明, 从光度学来看, 观察者年龄的增长会导致其明视光谱发光效率函数的峰值响应有小幅度的降低, 并且其峰值位置在波长轴上向长波方向移动; 从色度学上来看, 色域体积从20岁的1.73×106到60岁的1.16×106, 减小了约1/3, 且这种减小集中在中高亮度水平上; 进一步分析波长与立体色域的关系, 发现绿色光源对所有年龄观察者的立体色域影响最大, 对于所有的观察者推荐520 nm的最佳波长选择。该研究可为显示系统针对不同年龄观察者的色域、波长和亮度之间提供设计指导。

为了高效准确地滤掉云烟雾等悬浮粒子, 减少对激光成像引信工作的影响, 采用了改进的Harris+最小核值相似区域（SUSAN）角点检测算法与矩形度结合的目标识别方法。改进算法在原有Harris和SUSAN算法基础上, 利用8邻域模板标准差对目标像素点进行初次筛选获得候选角点, 经高斯滤波后, 利用改进的角点响应函数值进行二次筛选, 再通过非极大值抑制得到最终角点, 最后利用矩形度对目标与干扰进行二次区分。通过理论分析和实验验证可知, 95%的目标能被有效地识别出来。结果表明, 该方法能高效准确地区分目标与干扰, 同时满足实时性要求, 为激光成像引信抗干扰方面提供了一定的理论参考。

为了提高半导体激光加工中激光光斑中心定位精度, 根据皮秒超短脉冲激光辐照单晶硅后产生的光斑图像灰度分布特点, 提出了一种基于灰度直方图的激光光斑中心定位算法, 通过模拟激光光斑仿真分析和单晶硅刻蚀实验, 对比研究了不同辐照时间与不同激光功率条件下该算法与传统算法的定位精度。结果表明, 在辐照时间不同的条件下, 该算法定位精度达到0.761 μm, 比灰度重心法提高51.3%, 比最大行列灰度值法提高93.9%; 在激光功率不同条件下, 该算法的定位精度达到0.793 μm, 比灰度重心法提高73.4%, 比最大行列灰度值法提高86.8%。此研究可为皮秒超短脉冲激光光斑中心定位控制系统的设计提供指导。

为了进一步降低成本并提高成像的速度与精度, 提出了一种基于发光二极管（LED）照明的全场时域光学相干层析成像技术(OCT)系统。用LED作光源、采用带反馈的闭环四步移相法采集信号, 阐述了其成像原理, 并进行了系统结构研究、理论分析和实验验证。结果表明, 系统的相干长度为23 μm, 轴向分辨率达到了11.8 μm, 横向分辨率为19.8 μm, 单幅图的采集时间为2.15 ms; 与以往的OCT扫描方式相比, 该方法减小了实现成本, 并具有更快的扫描速率以及更高的精度, 有着很大的使用价值。该研究为开发超高速、高精度的低成本OCT系统提供了参考。

为了能够快速准确地检测白酒年份酒的年份, 采用了平行因子算法和光谱相似度算法对白酒年份酒与基酒的3维荧光光谱进行分析, 分别建立了高年份基酒体积分数的测定函数和年份酒年份测定函数。结果表明, 高年份基酒体积分数测定误差不超过0.02, 平均加标回收率为100.28%, 年份测定误差小于1年; 基于3维荧光光谱快速测定白酒年份酒年份的方法, 解决了由于3种基酒配制年份酒的3维荧光光谱复杂性而导致的年份酒年份鉴别困难问题。该研究为多种基酒配制年份酒的年份检测问题和其中基酒体积分数的确定提供了参考。