In this article, we use a convolutional autoencoder neural network to reduce data dimensioning and rebuild soliton dynamics in a passively mode-locked fiber laser. Based on the particle characteristic in double solitons and triple solitons interactions, we found that there is a strict correspondence between the number of minimum compression parameters and the number of independent parameters of soliton interaction. This shows that our network effectively coarsens the high-dimensional data in nonlinear systems. Our work not only introduces new prospects for the laser self-optimization algorithm, but also brings new insights into the modeling of nonlinear systems and description of soliton interactions.

Weak RF signal detection with high resolution and no blind zone based on directly modulated multi-mode optoelectronic oscillation has been proposed. The high-sensitivity optical modulators and optical filters are avoided because multi-mode oscillation is obtained based on directly modulating the semiconductor laser at the relaxation oscillation frequency. For the directly modulated optoelectronic oscillator, the detection characteristics such as gain for the RF signal, resolution, noise floor, and sensitivity are firstly analyzed. The experimental results are consistent with the simulated results. For the RF signal of unknown frequency, it can be detected out and amplified by tuning the bias current and delay time of the loop. There is no blind zone within 1–4.5 GHz. The system provides a maximum gain of 17.88 dB for the low-power RF signal. The sensitivity of the system can reach as high as -95dBm. The properties such as gain dynamic range and power stability are also investigated. The system has potential for weak RF signal detection, especially for the RF signal with unknown frequency.

激光驱动惯性约束聚变（ICF）研究是当前国际前沿科学中一个具有挑战性的研究领域，它以高能激光作为驱动源，在极短的时间内将大量能量注入靶丸中使聚变材料达到高温高密度的状态从而在靶丸中心形成热斑并引燃整个燃料层，最终实现可控核聚变。由于内爆热斑直径为50～100 μm，其持续时间为100～200 ps，离子温度达到5 keV，压力可达4.0×10¹⁶ Pa。因此，发展极端瞬态条件下的诊断技术具有重要意义。介绍了两种基于压缩感知技术的诊断方法，第一种是基于数字微镜阵列（DMD）进行编码的反射式可见光压缩感知技术，这种技术将现有的一维任意反射面速度干涉仪（VISAR）与压缩超快成像（CUP）系统相结合，有望实现一种全新的具有高时间分辨的二维VISAR诊断技术，将诊断维度从一维扩展至二维，同时它克服了现有的二维VISAR单幅成像的缺点，有望实现对内爆压缩过程流体力学不稳定性演化过程的连续诊断。由于基于DMD进行编码的反射式可见光压缩感知技术只能用于可见光波段，无法用于紫外与X光波段，为此还发展了一种透射式压缩感知技术。这种透射式压缩感知技术采用一种新颖的透射式元件实现对待测信号的编码，可以实现对紫外和X光波段信号的二维超快探测，有望实现对内爆热斑超快时空演化过程进行精密诊断。此外，针对单通道CUP技术的高时间分辨的优势和低空间分辨的不足，还提出了多通道编码、分别扫描、解码、再合成的全新的高时空分辨诊断系统基本思路，有望实现高时间分辨的同时，实现高空间分辨的二维新型诊断技术。

为满足惯性约束聚变（ICF）物理实验诊断中对高信噪比低噪声光学条纹相机的需求，基于六电极同轴型扫描变像管发展了一种阴极门控光学条纹相机。该相机通过阴极预置直流高压叠加门控脉冲电压的方法，使相机变像管电压只有在门控脉冲加载时间内处于正常工作状态，才能对阴极发射的电子进行正常聚焦扫描，而在非加载门控脉冲时间内，变像管的第二聚焦电极处电压低于阴极电压，从而使阴极发射的光电子被反向截止，因此相机只对在门控脉冲加载时间内到达的有用信号进行测量，从而有效抑制了光学条纹相机受环境光辐照而引入的背景噪声，提升了相机的信噪比。验证实验表明，通过在阴极上加载幅度−5.5 kV、脉宽203 ns的门控脉冲电压，即可较大程度降低相机噪声，同时可维持相机的空间分辨率。

为了研制结构紧凑、低功耗和本质安全的激光吸收光谱气体检测系统，光子晶体光纤气体检测技术受到广泛关注。通过对光子晶体光纤结构参数的优化，可将90%以上的光场模式束缚在纤芯附近，从而将气体检测的相对灵敏度提升到60%以上，限制损耗降低到10^-8 dB/m。对光学模式的调控依赖于纤芯微结构参数和包层光子晶体空气孔的阵列排布的优化，以期获得更高的相对检测灵敏度和更低的光学损耗；接着，针对端头反射式、光纤光栅波长调制型和不同光纤复合型的气体检测技术进行了分析。端头反射式结构最为简单，然而难以保证气体分子的高效交换。结合Bragg光栅和长周期光栅等特种光纤结构可以构建光学谐振腔，有效增强光信号与气体分子的吸收光程。结合不同类型光纤和气体敏感材料的复合光纤结构气体探头的设计，极大地优化了气体传感的选择性和灵敏度等特性。延长光纤至1 m以上，或采用环形嵌入方式可有效增加光程，获得10^-12量级的检测限。掺铒光纤的引入可有效补偿光纤环内的光学损耗。最后，分析了多孔环形和柚子型等大空芯直径光子晶体光纤的气体检测性能和未来研究方向。针对光子晶体光纤气体激光光谱吸收检测技术，未来需要在性能优化、系统集成和环境适应性方面开展研究，从而为冶金化工等行业中危险气体实时监测仪器的研制提供技术保障。

为了研究海水吸光度传感器的工作原理和误差来源，搭建了搭载645 nm光源的海水吸光度测量系统，根据郎伯-比尔定律、误差传递原理和吸光度传感器结构，对海水吸光度测量系统进行了分析，并通过重复性测试和吸光度测量实验对该系统的稳定性和吸光度探测能力进行了实验验证。重复性测试实验结果显示，使用测量前标定的方法可以将误差控制在±0.008 3 m^-1以内，其中由光源和光电传感器引起的误差为±0.006 7 m^-1，样品池加工引起的误差为±0.001 6 m^-1。吸光度测量实验结果显示，超纯水的测量结果存在-0.019 44~-0.017 08 m^-1的光学吸收系数负测量偏差，自来水的光学吸收系数比超纯水的光学吸收系数大0.005 68 m^-1，3%的氯化钠溶质可以使光学吸收系数增大0.097 56 m^-1是自来水杂质引发增大量的17.2倍，海水中溶质可以使光学吸收系数增大0.726 32 m^-1，是3%的氯化钠溶质引发增大量的7.4倍。以上结果表明，系统各模块引起的测量误差较小，符合吸光度测量要求，有能力探测出溶液中溶质对吸光度的影响，但存在一定的负测量误差。