提出了一种基于Nd∶GdVO₄晶体的双波长正交偏振被动调Q激光器。建立了对应的速率方程模型，研究了激光器输出双波长脉冲和不同输出镜反射率条件下泵浦功率对激光输出时域特性的影响。理论研究结果表明，通过调节输出镜反射率改变双波长阈值反转粒子数密度，当π偏振阈值反转粒子数密度小于σ偏振阈值反转粒子数密度且差值较小时，激光器可以输出双波长被动调Q脉冲激光，通过增大泵浦功率可以依次产生π偏振单一波长脉冲、双波长多对一脉冲、双波长一对一脉冲、双波长一对多脉冲以及σ偏振单一波长脉冲。搭建实验装置，设置π偏振输出镜反射率为0.60，σ偏振输出镜反射率为0.95，对泵浦功率和激光输出时域特性之间的关系进行验证。随着泵浦功率的增大，激光器依次输出具有上述时域特性的脉冲激光，与数值仿真结果一致。当泵浦功率为5.51 W时，激光器输出正交偏振双波长一对一脉冲激光，其中π偏振和σ偏振的波长分别为1 063.23 nm和1 065.52 nm，平均功率分别为323 mW和462 mW，脉冲峰值功率分别为11.62 W和20.35 W，脉冲宽度分别为185 ns和168 ns，脉冲重复频率为141 KHz。

为了解决高功率白光LED光源输出高均匀度窄光束的问题，设计了一种由复合抛物面反射器、菲涅尔透镜和非球面透镜组成的照明系统。设计中以板上芯片型（COB）集成光源的配光曲线为依据构建光源仿真模型，由复合抛物面反射器实现大角度光线初次会聚之后，再由菲涅尔透镜控制溢散光，最后利用非球面透镜进行准直配光。采用TracePro进行蒙特卡洛光线追迹，根据仿真得到的系统性能指标，并研制出实物装置进行实验测试。最终测试结果表明：窄光束均匀照明系统可以输出±7.9°的光束，并且在距离系统出光面0.7 m左右的区域形成均匀度超过96%的圆形光斑，整体光效达到60%。

通过对Mie散射相位函数的累积概率密度插值获得散射角，建立了激光在浑浊介质中传输的蒙特卡罗仿真模型。借助模型研究了激光在均匀单分散聚苯乙烯浑浊介质中的多次散射现象，探究了不同光学厚度和散射相位函数的浑浊介质对激光多次散射的影响。在研究中控制5 μm和10 μm两种粒径聚苯乙烯颗粒的浓度，改变浑浊介质的光学厚度分别为2、5和8，进行了理论仿真和实验的二维侧向散射图像比对，发现相同介质条件下仿真与实验得到的散射光强衰减百分比差异均小于16%，散射光强曲线走势基本一致。仿真还能够提供不同散射阶次光强大小的分布情况，能准确分析多次散射的影响。