凹陷包层波导是一种新型波导,其折射率未变化的波导芯被数量众多的折射率变低的轨迹包围,具有截面形状和大小可以灵活调控的优点。凹陷包层波导芯区保留了材料原本的性质,可以传播横电和横磁两种偏振模式,在集成光子学领域具有重要的发展潜力。利用飞秒激光三维微纳加工技术,可以在多种玻璃和晶体材料中制备凹陷包层波导。除了通过平移和螺旋扫描进行制备,还可以利用焦场整形技术实现快速制备。综述了凹陷包层波导的飞秒激光加工进展及其在波导激光器、频率转换、温度传感、波导光栅滤波器和集成光子学器件等方面的应用。

立体光固化成型、选择性激光烧结和双光子聚合是具有代表性的激光微纳三维(3D)打印技术。其中双光子聚合的特征尺寸能够突破衍射极限,使得在亚波长尺度上精密制造微光学元件成为可能。对这三种激光微纳3D打印技术进行了综述。

激光制造技术历经多年的研究发展，涵盖了以激光表面工程、激光焊接、激光切割、激光制孔、激光标记、激光增材制造等为代表的宏观制造技术，以激光微焊接、激光精密切割、激光精密钻孔、激光烧蚀等为代表的激光微加工技术，和以飞秒激光直写、双光子聚合、干涉光刻、接触离子透镜序列、激光诱导表面纳米结构和纳米颗粒激光制备等为代表的激光微纳制造技术等广泛的研究领域，跨越了毫米、微米和纳米多个尺度，成为举足轻重的先进制造核心技术，必将在“中国制造2025”进程中发挥不可缺少的作用。在上述众多的研究方向之中，激光增材制造和超快激光微纳制造无疑是当前和今后一段时间内的两个研究热点，作为宏观制造和微纳制造的典型，已经众望所归地列入国家重点研发计划“增材制造和激光制造”，将获得约十八亿元国家科研经费的大力支持，研究前景十分看好、令人期待。

舰载光电跟踪设备在跟踪百公里以上的目标时, 由于受到障碍物干扰,目标有时可能从视场中丢失, 需采用记忆跟踪算法对目标的未来时刻位置进行预测, 重新找回目标。常规的CA、CV模型预测目标时忽略了残差, 记忆跟踪时间短, 从而造成预测目标不够精确。针对以上问题, 提出了Kalman目标预测模型, 延长记忆跟踪时间。首先, 由船地坐标转换公式推导了甲板坐标系下船摇速度, 前馈到伺服控制系统速度回路中, 保证视轴自稳定, 同时提高跟踪精度; 其次, 概述了CA、CV、Kalman目标预测模型; 最后, 重点论述了3种目标预测模型记忆跟踪和实时雷达引导二维位置信息之间的关系。试验结果表明, 本文由于引入了Kalman目标预测模型, 使得记忆跟踪时间比传统的CA、CV模型的预测目标时间提高了一个数量级。解决了工程中舰载光电跟踪设备受船摇影响时跟踪精度低和记忆跟踪时间短的问题。

通过拉盖尔-高斯(LG)模式光束的等权重线性叠加, 制备了焦斑形貌为双螺旋的光束。选择模式面内斜率为3的直线上的5个模式进行叠加, 增加了双螺旋焦斑的螺旋圈数,增强了手性并增加了谱宽, 但是同时旁瓣光较强, 双光子聚合过程中双螺旋的两个主瓣会发生粘连。提出的紧聚焦下的双高斯函数和阶跃函数相结合的优化方法, 可明显抑制旁瓣光并制备出纯相位板。将符合要求的纯相位板加载到空间光调制器中, 通过单次曝光聚合, 最终得到了高螺旋圈数且无粘连的双螺旋微结构。

舰载光电设备在捕获跟踪阶段, 由于艏摇、纵摇、横摇的扰动, 红外跟踪精度会受很大的影响。为了提高舰载光电设备跟踪精度, 提出了一种速度回路前馈控制策略, 控制方法分三步: 首先将大地坐标系转化为甲板坐标系;其次当目标出现在视场内且满足图像提取阈值时, 利用CA模型最小二乘法原理对合成的甲板坐标系下的速度进行滤波;最后将滤波后的速度前馈到速度回路上, 同时伺服控制回路采用串联校正, 根据不同的跟踪状态切换不同的调节器, 并结合红外脱靶量信息构成完整的双闭环回路。试验显示, 某舰载光电设备红外跟踪状态下, 在未加入本算法时, 跟踪误差的最大值为120″, 加入前馈补偿后, 跟踪误差的最大值为78″, 减小了跟踪误差, 提高了舰载光电设备对抗能力。

采用传统的单Bang-Bang控制的光电设备进行精定位时, 系统放大倍数为无穷大, 所以系统不易稳定。本文分析了单Bang-Bang控制的不足, 提出了一种变结构最优控制方法。该方法在粗跟踪时用Bang-Bang控制, 在进入小偏差范围内切换为线性控制。在线性控制时, 根据不同调节器的的不同特点, 提出了红外一阶捕获, 红外二阶跟踪的策略, 并同时给出了Bang-Bang控制和线性控制的切换准则, 红外一阶捕获和红外二阶跟踪的切换准则。实验显示, 采用提出的方法光电设备的90°双目标定位能力在2.3 s左右, 比传统方法缩短了近1 s, 快速性大大提高。另外, 利用激光测距机可以给出舷角相差90°的双目标三维信息数据率为0.45 Hz, 提高了双目标时系统的光电对抗能力。

舰载光电伺服设备由于受到横摇、纵摇、艏摇的扰动，从而对系统的稳态和动态精度会有很大的影响。为解决在海面上远距离跟踪目标精度不高的问题，提出通过CA模型最小二乘法以及船地坐标转换滤波原理，将速度前馈到双闭环伺服控制的速度环中。其位置环、速度环采用一阶、二阶滞后超前串联校正调节器，根据不同的跟踪状态在程序中切换一阶、二阶调节器以达到良好的跟踪效果，最后再加上19位高精度的旋转变压器构成完整的双闭环伺服控制系统，提高了跟踪精度。试验表明：某舰载光电伺服设备使用中波红外跟踪方式远距离跟踪目标，脱靶量最大为35″，旋变反馈角度位置合成值与雷达测得目标实际角度值一致，最大跟踪误差仅为100″，远小于工程中要求4′的跟踪精度。

系统辩识即获取电机机械时间常数Tm和对应的固有放大倍数K。舰载光电系统由于受到横摇、纵摇、艏摇的扰动，其系统辩识的可信度及精度直接影响到调节器参数的设定，从而对稳态和动态精度会有很大的影响。常规公式法求电机机械时间常数在实际应用中非常不便，并且大多数场合不能求得Tm。本文以PC104硬件平台为依托，推导出的近似逼近e指数函数作为阶跃法获取系统辨识的理论依据，并设计了友好的人机交互界面可以方便的显示、修改系统辩识的结果。试验分析表明，应用Origin拟合e指数函数使阶跃法得到的Tm和K拟合可信度达到96%以上，其拟合误差小于01,精度完全满足使用要求。解决了实际工程中获取Tm和K精度低、可信度不高的难题。此方法成功地应用在项目中，并对求得电机机械时间常数有很好的通用性和借鉴性。

利用Origin偏移增益指数函数方法, 把传统连续变焦系统测量焦距离散化采样点变成非线性连续化的e指数函数点, 并设计开发一套强实时性, 可裁剪性VxWorks连续变焦显控系统, 能方便直观地修改连续变焦参数, 解决了上述传统连续变焦离散采样点连续化后精度不高的问题, 而且易于用计算机来编程实现。通过试验分析: 这种显控技术不仅实用可靠, 其拟合可信度达到99％以上, 真值比最高可达93.6％, 精度完全满足使用要求。该项技术成功地应用在某项目中, 并对连续变焦光学设备的焦距公式化有很好的通用性和借鉴性。