Relativistic few-cycle mid-infrared (mid-IR) pulses are unique tools for strong-field physics and ultrafast science, but are difficult to generate with traditional nonlinear optical methods. Here, we propose a scheme to generate such pulses with high efficiency via plasma-based frequency modulation with a negatively chirped laser pulse (NCLP). The NCLP is rapidly compressed longitudinally due to dispersion and plasma etching, and its central frequency is downshifted via photon deceleration due to the enhanced laser intensity and plasma density modulations. Simulation results show that few-cycle mid-IR pulses with the maximum center wavelength of $7.9\;\unicode{x3bc} \mathrm{m}$ and pulse intensity of ${a}_{\mathrm{MIR}}=2.9$ can be generated under a proper chirp parameter. Further, the maximum energy conversion efficiency can approach 5.0%. Such a relativistic mid-IR source is promising for a wide range of applications.

为了提高发动机连杆裂解槽激光加工机床的加工效率，提出了一种对机床数控系统的加减速进行前瞻控制与S型曲线加减速相结合的方法。将高档数控系统常用的S型曲线加减速算法原有的七段过程简化为五段，将前瞻控制理论应用到S型曲线加减速算法中，在速度突变前提前规划速度，将这五段曲线中的位移、速度和加速度从连续量转变成离散的、周期变化的量，最后将改进后的算法移植到数控系统中。仿真结果表明，应用改进算法，变速后系统达到新稳态的时间缩短了3.5 ms，最大超调量是原来的80%。切槽实验结果表明：对连杆大头孔进行激光切槽后，裂解槽的槽深均匀无超差（裂解槽上各个点的槽深度差异小于±0.02 mm），完全符合后续加工要求，该方法大大提高了连杆裂解槽激光加工机床的稳定性以及速度和精度。

天问一号执行的任务属于深空探测任务，其上高分辨率相机主控单元工作时间较长，为了提高主控FPGA的抗单粒子效应及可靠性，选用反熔丝FPGA进行软件系统设计。其中，主控FPGA管理的调焦单元、时间码守时校时等功能为安全关键项目。为提高软件的健壮性，主控FPGA根据调焦机构的光机结构，设计基于加减速曲线的二细分控制方法，在满足调焦速度的前提下，避开机构共振频率，实现步进电机驱动调焦机构平稳的运转；同时，天问一号环绕器在环火段位置时，高分相机需要执行拍摄任务，拍摄指令为延时指令，对时间有较高要求，在此基础上主控FPGA设计时间码守时校时功能，确保高分相机在任务段精确执行拍摄任务。实验结果表明：调焦机构速度爬升时间为112.2 ms；时间守时的精度为1.25 s。实现了调焦单元的平稳运行和可靠的守时系统。

高能激光合束系统中反射镜在工作前需要进行快速高精度的指向调整。设计了一种二维电控调整镜，系统主体采用一体化的柔性支撑设计，驱动采用步进电机配合减速机构带动螺杆实现，反射镜偏转角度的精密测量采用电涡流传感器，使用数字信号处理器（DSP）作为主控模块。对系统的工作原理和设计进行了分析，对系统标定方法和控制算法进行了深入研究。为了满足系统调整速度的要求，采用S形加减速算法作为调整镜的控制算法，采用分段线性的系统标定方法。最后对系统进行了实验测试，结果表明，在±500″角度范围内，调整镜到位时间在3 s以内，控制误差小于2″，可以满足系统要求。