卫星激光测距（SLR）平均回波光子数是表征系统探测能力的重要参数之一，与激光大气传输特性紧密联系。基于Mie散射理论，结合气溶胶粒子的实际分布情况，提出并利用激光雷达大气修正（LAC）模型计算SLR系统平均回波光子数，以长春站60 cm SLR系统为例，分析气候条件对SLR系统平均回波光子数的影响。结果表明，SLR系统平均回波光子数随地表附近能见度增大而增加，随相对湿度增大而减少。当望远镜俯仰角大于15°时，能见度对平均回波光子数的影响将超过相对湿度，并且在俯仰角为60°左右时达到峰值。阐述了气候条件影响SLR探测性能的内在机制，并为SLR系统选址与性能评估提供了新的理论方案和技术支持。

研究了基于腔外螺旋相位调制获取高峰值功率飞秒准径向偏振光的方法, 结果表明该方法所产生的并非完全纯净的径向偏振光, 其径向分量决定了聚焦后纵场的分布, 而径向和角向分量共同影响了横场的分布.根据Richard-Wolf矢量衍射理论模拟得到不同纯度下的少周期飞秒准径向偏振光在焦点附近的电场的时空矢量分布, 发现其具有中心对称和震荡衰减特点, 载波包络相位将对聚焦场的矢量时空分布产生显著影响, 从而对飞秒脉冲与电子在聚焦场中的相互作用产生影响.研究结果可为进一步的激光粒子加速分析以及偏振转换器的设计提供依据.

建立聚焦数值模型, 分析少周期径向偏振光聚焦光场的强度以及电场矢量方向周期性变化规律, 对比无啁啾少周期径向偏振光脉冲及连续光束聚焦光场的时空电矢量及强度分布.结果表明, 光强从聚焦光斑中心处向四周迅速减小且振动方向周期性变化; 在相同能量下, 相比于连续光, 脉冲光的聚焦光斑更小, 峰值功率更强; 通过控制光程, 无啁啾少周期径向偏振光束聚焦场的前向电场强于后向电场, 适合于激光电子直接加速.该结果对指导利用少周期径向偏振光进行激光电子直接加速的方案设计及超快显微成像和超快探测具有参考意义.

以飞秒激光器为光源, 搭建记录测量聚焦光斑的光学实验系统, 研究飞秒径向偏振光紧聚焦特性.数值模拟表明当物镜数值孔径为0.9, 波长为750 nm时, 线偏振光和径向偏振光焦斑的最小半高全宽分别是1.3 μm和1.0 μm.实验中, 使用全息干板作为记录介质, 记录和测量微小的聚焦光斑, 并通过精密电动平移台实现几十纳米量级步长的移动, 获得精确焦平面处的聚焦光斑.测量结果表明, 线偏振光和径向偏振光焦斑的最小半高全宽分别是4.6 μm和2.9 μm.在高数值孔径聚焦条件下, 径向偏振光可以获得比线偏振光更细锐的聚焦光斑.

离散傅里叶变换是数字信号处理中最核心的数学工具之一。传统基于数字电路的离散傅里叶变换方法受限于电子器件的速度，难以满足高速信号处理要求，尤其制约了太比特每秒超高速光处理技术的发展。基于并行光学向量矩阵乘法器原理的离散傅里叶变换方法，利用光传播的高速和低损耗特点，提出以相位空间光调制器为核心变换矩阵的全光并行离散傅里叶变换方法，并通过实验进行了验证。实验结果显示，所提出的全光并行离散傅里叶变换误差小于0.13，通过进一步的模块集成和性能提升，该方法将在高速光信号处理中有较大的应用潜力。