采用带有标准具的Fox-Smith谐振腔产生了稳定可调谐的单纵模TEA CO₂激光输出。对干涉腔反射率的数值模型进行了研究,讨论了失谐角、子腔的匹配等因素对模式选择的影响,并且进行了实验验证。实现了10.6 μm单纵模激光输出,能量140 mJ,重复率达到90％,腔内元件没有受到损伤。

提出一种新的TEA CO₂激光器选单纵模的方法－四臂腔选单纵模。在理论上研究了这种新腔型的反射率的选频特性并预测了其选单纵模的能力。实验中，用此腔型得到了能量达225 mJ稳定的单纵模TEA CO₂激光输出，且单纵模再现率超过90％。

A passively Q-switched side-pumped laser with folded resonator is specially constructed for singlelongitudinal-mode smooth pulse output. Nd:YAG is chosen as the laser active medium and Cr<sup>4+</sup>:YAG as the saturable absorber medium. Additionally, the method of frequency selection by grating with 1200 line/mm and Fabry-Perot (F-P) etalon is used in the twisted-mode cavity. The single-frequency smooth pulses are produced with 10-Hz repetition rate, 20-ns pulse width, and 1.064-\mu m wavelength. The probability of single-frequency laser output measured is over 99% by using the methods of Fourier analysis and F-P etalon multiple-beam interferometry at the threshold voltage. The measured near-field and far-field angles of divergence are 1.442 and 1.315 mrad, respectively. The values of M<sup>2</sup> are 1.32 and 1.31 separately with the knife-edge method. Single pulse at 1.064 \mu m with the energy of 8.8 mJ is achieved in TEM<sub>00</sub> mode.

The wind error of multichannel lidar system is simulated through calculation of atmospheric back-sacttering echo signal and weighted least-square fitting. By comparing the wind errors of four wavelengths of the Nd:YAG laser, two kinds of phenomena are found: when the wavelength is 1064 nm, the wind error is the smallest at all different heights; with the aerosol-molecular ratio descending and finally tending to 1, the statistic error increases sharply, which shows that low aerosol-molecular ratio is quite disadvantageous whatever the signal intensity is.

对图像处理中二维经验模式分解(EMD)算法提出改进。在二维EMD中涉及到像素极值的选取和对极值点进行插值, 在插值过程中会出现边界点变异现象。利用Delaunay三角剖分方法对选取的极值点进行分划, 对不包含在Delaunay多边形内的边界像素采用对称处理, 抑制了3次样条插值过程中边界点变异现象。用改进算法对一幅图像进行EMD处理, 计算得到重构图像与原始图像之间标准差为6.667×10-6, 可见重构图像与原始图像之间的灰度值波动很小。实验结果表明重构图像与原始图像吻合非常好, 论证了这种改进算法的准确性和可行性。EMD方法在图像压缩以及去噪过程中运用越来越广泛, 因此本文的改进算法也将在基于EMD的图像处理中起到提高运算速度的作用。

提出了阈值检测、降噪处理和功率谱估计三种分析和处理水中气泡激光散射信号的方法。利用这三种方法分别对不同散射角时的测量信号进行了处理，得到了水中气泡激光散射强度随散射角的分布特性，并将实验结果与米氏(Mie)理论结果及水的散射强度进行了对比，比较和分析了三种方法的优劣。阈值检测法和降噪处理法分别以平均值和绝对偏差为中心来估计气泡散射强度，它们不能隔离直流分量。功率谱估计法处理得到的气泡角散射特性与Mie理论结果一致，能够区别开气泡散射和水的散射，两者相差近1个数量级。实验结果表明功率谱估计法是最合理的处理气泡激光散射信号的方法。

对在三镜腔中插入法布里-珀罗(F-P)标准具实现单纵模激光输出的方法进行了分析,计算了激光器的输出特性。设计研制了一台单纵模可调谐TEA CO2激光器。采用在三镜腔中插入F-P标准具的方法实现了单纵模激光的调谐输出。当激光器以5 Hz重复频率运转时,得到9P(16)谱线能量大于200 mJ,脉冲宽度约为150 ns。

采用收发分置的光学结构实现了尾流气泡对532 nm激光在散射角5°～175°内的散射测量,同时测量了水的激光散射。散射角度的改变是通过发射系统不动而转动接收系统来实现的。解决了散射信号大动态范围的压缩问题,讨论了接收视场内散射体积随散射角的变化。分析了气泡散射的信号特征,并提出了气泡散射信号的功率谱密度处理法。将实验结果与米氏理论结果进行了对比,发现尾流气泡的激光散射强度及其随散射角的变化趋势与米氏理论结果吻合得很好,与水的散射相差近一个数量级。研究结果表明利用激光可以将气泡和水的散射区别开,即利用激光探测尾流气泡的存在具有可行性。

利用角度调谐方法确定直接探测多普勒测风激光雷达的初始工作点,角度调节精度可达10 μrad。在此工作点处使用频率稳定性为10-7,单纵模出现概率大于98％的Nd∶YAG激光器,通过偏振分光光路测得参考信号与回波信号。配合目标准确放置到准直镜的焦距上,分别测量了配合目标静止,正转和反转时的参考信号与回波信号。利用配合目标静止时测得参考信号与回波信号的关系可得参考信号的角度矫正因子为1.1949,使用该矫正因子测得硬目标在正转和反转时转速与真实转速之间的误差小于0.5 m/s。

报道一种快速调谐TEA CO2激光器。该激光器采取紧凑式Ernst电极,火花阵列放电紫外预电离方式,采用二维振镜扫描衍射光栅的方案实现了激光的调谐输出。激光器可输出谱线75支,其中55支谱线输出能量超过1 J,当激光器高重复频率运转时,10P(20)谱线基模能量大于300 mJ,脉冲宽度约为70 ns。这种激光器可以在10 ms内实现9.2～10.8 μm范围内任意两条谱线的调谐输出。