以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT或PMNT)为代表的弛豫铁电单晶具有远高于常用锆钛酸铅Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)陶瓷的压电性能, 引起了基于新一代压电单晶的功能器件研究热潮。本研究团队在国际上率先利用Bridgman方法生长出了大尺寸、高质量PMN-PT等弛豫铁电单晶(d33～2 000 pC/N, k33～92%), 并对PMN-PT等弛豫铁电单晶的生长、多层次微观结构和性能调控进行了多方面的研究, 发现弛豫铁电单晶不仅具有超高压电性能, 还具有突出的热释电性能、电光性能以及与磁致伸缩材料复合形成磁电复合材料的超高磁电耦合性能。本研究团队多年来一直在努力推动弛豫铁电单晶在医用超声换能器、热释电红外探测器、电光器件、磁电型弱磁传感器等各种器件的应用研究。本文主要总结了弛豫铁电单晶的多功能特性, 并介绍了本研究团队在弛豫铁电单晶器件应用上的研究结果。

数字微镜器件(Digital Micromirror Device, DMD)作为一种新型的空间光调制器, 具有分辨率高、生产成本低、加工效率高等优点, 使用起来非常灵活, 因此实验室搭建了基于DMD的近红外光谱仪。首先, 介绍了DMD近红外光谱仪的基本工作原理。其次, 对该光谱仪进行了波长标定, 提出基于同一样品吸光度曲线相关系数的方法对其进行了波长台间差标准化, 使得波长的台间差在理论上小于0.1 nm, 在模型转移时符合要求。又通过在强光与弱光条件下对其噪声与信噪比的测试实验对比得出DMD近红外光谱仪不同编码模版的选择准则: 在强光条件下扫描方法优于阿达玛方法, 在弱光条件下相反。最后, 利用该光谱仪对实际样品汽油和柴油进行检测, 测试结果表明该光谱仪性能稳定。该DMD近红外光谱仪检测波长范围为1 330~2 500 nm, 吸光度偏差小于等于0.000 4 AU。

提出被动风冷的高光束质量、高稳定性半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模1064 nm Nd∶YVO4皮秒振荡器。在对SESAM 被动锁模理论进行理论分析和实验验证的基础上，获得更精确的SESAM 锁模脉宽表达式。测得该振荡器的脉宽为15.5 ps，平均功率为210 mW，重复频率为100 MHz。其光束质量因子M2=1.15，长时间均方根(RMS)功率不稳定性优于1%。整机外形紧凑，尺寸为350 mm×150 mm×50 mm。该激光器能够作为可靠的皮秒种子源用于后续的功率放大并应用于科研和工业等领域。

分析了DMD型红外场景模拟器相较电阻阵型在半实物仿真实验中没有广泛应用的原因。通过分析发现DMD型模拟器的数据传输带宽的大小和外同步触发延时长短对系统的实时性都有影响，并且指出图像接口的数据传输带宽高于有效带宽2倍时才能满足系统仿真的高实时性要求。设计了满足实时性要求的专用千兆网的硬件，具有极小的延时时间并且满足UDP/IP协议的数据传输软件和有利于DMD灰度显示高实时性的图像分割和存储的方法。实验验证了该方法能够传输100 Hz以上的分辨率为1 024×768的8位灰度图像，而外同步触发信号与系统播放开始信号延时仅为70 μs，并具有良好的稳定性。

提出并设计了一个应用数字微镜(DMD)的哈达玛变换近红外光谱仪。以光栅为分光元件，用DMD 代替传统的机械式哈达玛编码模板进行光学调制，用InGaAs单点光电二极管探测调制后的光谱信号。综合考虑分辨率、能量利用率、像差和体积等因素，合理选择狭缝长和宽、光栅入射角及透镜焦距，采用光路分段优化法进行光学设计，通过DMD 面阵上的狭缝像和探测器上的点斑尺寸等分析设计结果。模拟分辨率优于4 nm，探测器上点斑尺寸小于3 mm,光学系统尺寸为75 mm×25 mm×85 mm。为提高光谱仪对弱光谱信号的探测能力，在系统前加入了一种集光结构，使从光纤出射的光能的利用率理论值提高24.2%。实验结果表明，该光谱仪的光谱分辨率优于6 nm，通过添加集光结构可以大大提高光谱仪的能量利用效率。该光谱仪具有分辨率高、能量利用率高、体积小、成本低等优点，有广阔的应用前景。

We demonstrate a high power high beam quality diode-pumped 1 112-nm Nd:YAG master-oscillator poweramplifier (MOPA) laser system. To increase the extraction efficiency and output power, a four-pass amplifier scheme is employed. Finally, the injected laser output power is amplified from 26 to 64 W with beam quality factor M2=2.85. Furthermore, a theoretical model that takes the temporal overlap inversion number dynamics into account is employed to analyze the performance of the MOPA laser system, and a good agreement with the experimental data is obtained.

采用Nd:YAG 1064与1319 nm激光在非线性晶体LBO中和频，获得了高功率、高光束质量、窄线宽的准连续微秒脉冲钠信标激光。该钠信标激光平均输出功率为33 W，光束质量因子M2 = 1.25，线宽小于0.4 GHz，波长为589 nm，并可精确调控到钠原子D2谱线，稳定性优于±0.3 GHz，重复频率为500 Hz，脉冲宽度约为120 μs。与连续波钠信标激光相比，准连续微秒脉冲钠信标激光提供了门脉冲选通机制，可消除大气瑞利散射干扰和减小钠导引星像斑拉长现象，从而使自适应光学系统能够实现更好的校正效果，被称为第二代纳信标激光。基于此第二代钠信标激光器，在云南1.8 m口径望远镜上进行了外场试验，观测到激光钠导引星。

A high efficiency, high power diode-side-pumped quasi continuous wave (QCW) Nd:YAG ceramic rod laser at 1064 nm based on the domestic transparent ceramic is reported. The average output power of 961 W is achieved with double ceramic rods by means of a symmetrical convex-convex cavity. The optical-to-optical conversion efficiency is 38.3% and the slope efficiency is 45.3%. To the best of our knowledge, this is the highest level of efficiency achieved for the domestic Nd:YAG ceramic rod laser.

多热焦距激光谐振腔与单热焦距谐振腔相比, 具有结构灵活、热管理简便等优点, 然而其热稳定性受到激光头分布等因素影响, 需要优化设计以实现多热焦距激光谐振腔高功率稳定输出。理论分析了激光头分布对多热焦距激光谐振腔热稳定性的影响, 对比了单热焦距双棒谐振腔、双热焦距3棒对称谐振腔和双热焦距3棒非对称谐振腔的热稳定性。根据理论分析, 采用不同热焦距的激光头构成双热焦距3棒串接对称热近非稳腔, 通过优化设计, 当抽运功率为3480 W时, 该连续波1064 nm Nd∶YAG激光系统获得稳定输出, 最高输出功率达1125 W, 光-光转换效率达32%, 光束质量约15 mm·mrad。