金刚石晶体不仅具有极佳的光学性质，同时也拥有极高的热导率和低的热膨胀系数，这使得金刚石激光器成为实现不受热影响高功率激光输出的重要路径。但随着激光功率的进一步提升，金刚石拉曼激光器中仍然存在不可忽视的热效应等问题，这对金刚石激光器性能提升提出了挑战。针对高功率运转情况下金刚石拉曼激光器的热效应进行了理论研究，根据热传导方程并采用有限元分析方法，模拟了金刚石温度、热应力以及热形变分布，分析了泵浦参数、晶体参数对金刚石温度、热应力、热形变的影响。此外，基于石墨片横向导热特性，设计了一种新型的用于金刚石晶体的热沉结构。与传统单一铜片散热方式相比，在泵浦功率800 W、束腰半径40 μm条件下，金刚石中心温度下降了10.16 K，下表面平均应力降低了19.857 MPa，端面平均形变量减小了0.055 μm。数值模拟结果表明，该方法对缓解金刚石激光的热效应，实现金刚石拉曼激光器输出功率的进一步提升和高光束质量激光输出具有重要指导意义。

文中介绍了一种纳秒脉冲端面泵浦MgO:PPLN外腔光参量振荡器。基频光采用激光二极管泵浦的声光调Q Nd:YVO₄纳秒激光器，在声光Q开关的工作重复频率为120 kHz时，实现脉宽8.1 ns、最高输出功率7.03 W的1.064 μm激光输出。通过将基频光聚焦至MgO:PPLN晶体内，外腔泵浦得到了脉冲宽度为4.7 ns，输出功率0.7 W的3 μm闲频光。基频光-闲频光转换效率为9.95%，将基频光与闲频光的时域波形图傅里叶变换后对比，观察到光参量振荡过程对闲频光高阶纵模的抑制现象。该研究对实现窄线宽低噪声的中红外激光具有一定的参考价值。

1.6 µm附近波段激光不仅属于人眼安全波段，而且处于大气传输窗口，不仅如此，高重频、大能量的1.6 µm附近波段激光还可携带高分辨率、大数据量的信息远距离传输。近年来随着晶体制备和镜片镀膜工艺的提高，通过直接泵浦增益介质和频率转换技术获得1.6 µm附近波段的激光在重复频率、能量和光束质量等方面都得到了很大进展。首先，介绍了直接泵浦掺Er³⁺晶体、受激拉曼频移和光参量振荡产生1.6 µm附近波段激光的原理和研究进展；其次，总结了三种方案在获得1.6 µm附近波段激光的优点和缺点；最后，分析了它们在获得高重频、大能量1.6 µm附近波段激光的应用前景。针对光参量振荡输出激光光束质量较差的问题，文中进行分析并给出相应解决方法，最后对通过光参量振荡获得较好光束质量、高重频、大能量1.6 µm附近波段激光的发展前景进行了展望。

职业接触人员血中铊浓度可反映其体内暴露的信息。 因此, 建立血中铊浓度的检测方法具有非常重要的意义。 目前, 国内血中铊检测没有国家标准方法, 国内外文献报道的方法均存在一定缺点。 为了获得准确的职业接触人员血中铊浓度, 建立了高基质进样(HMI)-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定职业接触人员血中铊含量的方法。 通过对等离子体模式和前处理方法进行了选择, 0.20 mL血样用0.1% Triton X-100+0.5%硝酸混合溶液处理后, 采用在线加入内标的方式对铊含量进行了检测。 在最佳的分析条件下, ²⁰⁵Tl在0.02~4.00 μg·L^-1范围内线性关系良好, Y=0.010 33X+0.000 12, 相关系数(R)为0.999 9。 最低检出限(detection limit, DL)为0.005 μg·L^-1, 最低定量限(quantification limit, QL)为0.02 μg·L^-1; 当取样量为0.20 mL, 定容体积为5.00 mL时(血样25倍稀释), 方法检出限(MDL)为0.12 μg·L^-1, 方法定量下限(MQL)为0.42 μg·L^-1, 测定范围为0.42~100 μg·L^-1。 在全血样品中添加水平为2.50, 15.0和75.0 μg·L^-1时的平均回收率为92.7%~103.8%。 每个样品重复测定7次, 批内精密度(RSDs of in-batch)为1.71%~2.81%, 批间精密度(RSDs of interbatch)为2.84%~4.77%, 表明, 该方法的准确度及精密度良好。 连续监测50个样品(包括标准溶液、 质量控制样品和全血样品), 内标元素²⁰⁹Bi的信号变化为+7.7%, 表明方法稳定性较好。 将建立的新方法用于30份职业接触人员全血的分析检测, 其中4份血样的铊含量大于方法检出限, 但低于方法定量下限, 其余26份血样均低于方法检出限, 且30份全血样品中铊含量均在平均背景范围内。 结果表明30位职业接触人员铊内暴露水平很低, 其工作场所铊对人体基本无潜在的健康影响。 该方法简单快速、 准确度高、 稳定性好, 适用于实际样品的大批量检测。

空气中的高危病原微生物对人类社会存在着极大威胁，而传统的监测方法无法对空气中的微生物实现准确的识别与分类。因此采用激光诱导荧光技术原理，以单光子探测器为核心器件，设计并搭建了一种高效的荧光光谱仪用于空气中高危病原微生物的识别与分类，并且该光谱仪可以实现对微生物浓度的预测，其对于环境安全具有重要意义。对于该光谱仪采集的数据，探索了以一维向量和二维矩阵2种输入形式来实现荧光光谱的识别与分类，并研究对比了主成分分析网络、卷积神经网络和全卷积网络等深度学习网络的识别与分类效果。实验结果表明以矩阵形式输入的卷积神经网络模型在测试集中识别分类准确率达到98.05%。采用矩阵形式输入的全卷积网络模型在测试集中微生物浓度预测准确率达到98.97%。

为了解决激光诱导荧光检测系统存在的光学结构复杂、体积大、成本高以及灵敏度不足等主要问题，研制了一种高灵敏、小型化的荧光光谱仪。该光谱仪以349 nm半导体激光器作为激发光源，采用正交型光路，将4×4窄带滤光片阵列与具有单光子灵敏度的硅光电倍增器（SiPM）阵列耦合，可实现光谱信息的多通道探测，具备结构紧凑、成本较低以及稳定性好等优点。以荧光素钠为测试样品，对光谱仪性能进行了评估。实验结果表明，光谱仪的检测限优于5×10⁻¹¹ mol·L⁻¹，在5×10⁻¹¹ mol·L⁻¹到1×10⁻⁹ mol·L⁻¹的溶液浓度范围内，被测溶液浓度与检测所得荧光强度满足良好的线性关系，线性相关系数为0.998 39。此外，光谱仪还具备良好的重复性，荧光峰值强度的相对标准偏差小于10%。因此，该光谱仪兼具灵敏度高、线性度好、重复性与可靠性强等优点，可以满足现场实时检测的需求。

偏振成像技术在目标探测、生物医学等领域具有重要应用价值，基于超构表面设计的偏振成像系统可以有效避免传统偏振成像系统存在的结构复杂、体积和质量大等问题，有利于实现光学系统微型化、轻量化和集成化。然而，传统超构表面设计方法忽略了超构表面结构的局部非周期性引起的近场电磁耦合，在大数值孔径的条件下会严重影响器件的衍射效率。为了解决这个问题，本文提出了一种基于边界优化的偏振复用超构透镜设计方法，并由此设计了一种能对x和y偏振光独立调控的大数值孔径(~0.94)偏振成像超构透镜。在基于人工择优初始结构的优化设计中，通过参数扫描、人工择优的传统设计方法得到超构透镜初始结构，然后通过边界优化方法对超构透镜进行进一步的优化，其衍射效率相比于优化前可以提高20%左右；在基于均匀阵列初始结构的优化设计中，通过20次左右的迭代，超构透镜衍射效率可以达到92%左右。本文提出的优化设计方法可有效提高偏振复用超构表面器件效率，并且能够简化多功能超构表面的设计步骤，在偏振成像、光通信等领域具有应用前景。

为了实现可见光波段多路不同波长激光的高精度合束与发射，设计了一套用于激光指向误差监测的紧凑型光学监测装置。根据光电跟瞄发射系统对激光合束与发射精度的应用需求，提出了光束指向监测装置的设计指标。在明确监测装置应用空间的基础上，分别对装置的光电探测器、光学系统和机械结构进行了详细设计，采用上下分层多次折叠的光学设计有效压缩了监测装置的轴向尺寸。完成精密加工、装调后，对光束指向监测装置的焦距、调制传递函数和监测精度进行了实验检测。结果表明：所设计的光束指向监测装置不仅体积小（200 mm×180 mm×140 mm）、焦距大（约1 002 mm），而且对光束指向的监测精度高（优于10.0 μrad），满足光电跟瞄发射系统的应用需求。