从非连续介质波导构造的光子双势垒模型出发，建立了光子的双势垒量子贯穿理论，给出了光子穿透双势垒的量子概率公式。同时从解析和数值仿真两个角度分别讨论了行波光子和隐失波光子产生共振穿透效应所需的物理条件，研究了光子穿透概率与双势垒的几何尺寸、波导填充介质的折射率以及光子频率之间的依赖关系。比较不同物理条件下的仿真曲线，概括其物理规律。尤为重要的是，当双势垒由截止波导构成时，频率或双势垒结构参数发生细微变化会对光子穿透概率产生极大的影响。基于这些物理规律，初步探讨了光子的量子共振隧穿效应在一些光学器件设计中的潜在应用，重点研究了其在激光测距技术中的原理设计。

选用铝合金顶盖满焊为研究对象，定量分析了芯环功率比对熔深、熔宽的影响规律。结合熔池匙孔动态行为，阐述了可调环模激光有效抑制金属飞溅的机理。同时采用光学相干断层扫描测量技术，实时测量了匙孔深度的波动，定量评价了焊接稳定性，并获得了最佳工艺窗口。结果表明，在150 mm/s的焊接速度下，当芯环功率比为1∶2~1∶3时，匙孔深度最稳定，且飞溅率最低。研究结果为进一步提高铝合金可调环模激光焊接质量提供了理论指导和实验依据。

为选定混凝土基座爆破后残高低、块度小的聚能装药结构形式，采用数值模拟方法对比研究了装药量、外径和药型罩壁厚相同条件下60°、120°锥形罩和曲率半径为10.8 cm曲面罩形成的射流或爆炸成型弹丸（EFP）运动特性，及其对混凝土基座垂直侵彻过程和毁伤效应。结果表明：不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的侵彻方式不同。60°药型罩的头部射流先侵彻混凝土基座，随后杵体对孔洞进行扩大，120°药型罩的杵体与射流合并侵彻混凝土基座，而曲面药型罩主要依靠成型弹丸对混凝土基座进行冲击侵彻; 混凝土基座的破碎能力与侵彻孔直径相关; 孔径越大、能力越强。60°、120°和EFP药型罩侵彻孔直径分别为4.3 cm、5.2 cm和7.0 cm，在侵彻深度范围内形成的裂缝数量、宽度呈现增大趋势; 混凝土基座爆破后的残留高度与横向贯通裂缝至底面之间的距离相关，而横向裂缝形成与侵彻体参数、装药量等多个因素相关。对有限尺寸的混凝土基座，大锥角药型罩的聚能装药破碎范围和程度的综合效果较佳，EFP药型罩虽然侵彻能力最弱，爆破作用后混凝土残留高度较大，但在侵彻深度范围内的破碎能力最强。研究不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的爆破效应为毁伤机理探究和破除方式选择提供参考。

面对复杂地形条件下的无人机突防任务, 粒子群算法(PSO)在寻找最优路径的过程中易陷入局部最优、搜索时间过长等困境。针对上述问题, 在PSO中引入球坐标系, 将所得的路径看作向量。通过向量的距离、仰角和方位角与无人机的速度、俯仰角和转向角的相互关系来实现粒子的迭代更新。最后, 引入随机自适应惯性权重, 弥补粒子前期局部搜索能力与后期全局搜索能力的不足。仿真结果表明, 改进算法能够有效规避威胁区域, 收敛速度更快, 收敛精度更高, 且不易陷入局部最优。

为优化制造工艺和提高生产效率，针对航天固体火箭发动机壳体用30Cr3超高强度钢进行激光焊接特性研究。在焊接过程中通过对匙孔和熔池的高速摄影进行实时观察，发现在所选激光功率范围内存在三种不同的焊接熔透模式，包括匙孔未穿透型熔透模式、匙孔临界穿透型熔透模式和匙孔稳定穿透型熔透模式。采用激光测振仪对熔池表面的波动幅度进行了定量测量，并讨论了不同熔透模式下焊接过程的动态稳定性。基于熔透模式的划分，分析了匙孔动态行为与焊接接头组织和力学性能之间的关系。结果表明，在匙孔临界穿透型熔透模式下焊缝组织晶粒大小不均且接头塑、韧性较差。比较三种焊接熔透模式，发现匙孔稳定穿透型熔透模式有助于获得致密、均匀且杂质少的焊缝组织，焊接接头具备最高的断后伸长率（22.8%）和最大的冲击吸收功（14.36 J）。

研究了激光功率正弦调制对AZ31镁合金焊缝熔深和工艺气孔的影响。保持激光功率恒定在1500 W，将焊接速度从3.0 m/min逐步增加到4.0 m/min，观察了匙孔周期性开闭行为，分析了不同反射次数对高反射材料匙孔能量分布的影响规律。在不同焊接速度下采用激光功率正弦调制，调制幅度为500 W，调制频率从50 Hz逐步增加至200 Hz，统计了焊缝熔深和工艺气孔率的变化趋势。试验结果表明：对于高反射材料，激光功率调制效果与匙孔内光束反射次数有关，反射次数较多的匙孔具有较大深宽比，匙孔底部累积能量高，深度变化滞后于激光功率变化，激光功率调制有助于增加熔深。激光功率正弦调制不利于镁合金匙孔稳定，50 Hz低频调制显著增加工艺气孔，调制频率为150 Hz时激光功率正弦调制对匙孔稳定性的影响较小。

光学显微具有对样品损伤低、可特异性成像等优点，是生物医学、生命科学、材料化学等多个领域中必不可少的成像手段。然而，传统光学显微镜多采用平行光照明整个样品，无法有效区分在焦信号和离焦背景，不具备三维层析成像能力。基于此，提出一种基于共振扫描的稀疏结构光照明三维层析显微（SSI-3DSM）技术，通过共振扫描聚焦光斑快速生成稀疏条纹结构光，利用多步相移减除背景噪声实现对待测样品的三维层析成像。相较于扫描宽场成像，该方法将轴向分辨率提升1.3倍，信背比提升12倍。此外，该技术性能稳定、成本较低、便于商业化开发，可与结构光照明、单分子定位等超分辨显微成像技术相结合以进一步提高横向分辨率。

焊缝熔透状态是定量评价激光焊接质量最重要的指标之一，实时准确识别焊缝的熔透状态是动态激光焊接过程监测和控制的关键。针对铝合金薄壁件的脉冲激光焊接，本文提出了基于声波时频特性和深度学习的焊缝熔透定量评估新方法。首先，搭建视觉‐声发射多信息实时同步传感系统平台，获取反映匙孔动态行为的视觉图像和声波信号，并对声波信号进行分帧和小波包阈值去噪预处理；然后，使用平滑伪魏格纳维利分布（SPWVD）提取各帧声波信号的时频域图像，同时引入灰度共生矩阵（GLCM）提取时频域纹理特征，并将提取的纹理特征送入反向传播神经网络（BPNN）进行预测；最终，以SPWVD声波时频图为原始输入，构建基于卷积神经网络（CNN）的焊缝熔透分类模型。结果表明：声波时频图与匙孔动态行为、焊缝熔透状态具有高度相关性；相比于准确率为85%的传统BPNN分类模型，基于SPWVD时频图的CNN分类模型有着更高的准确率（98.8%）。所提定量评估新方法为铝合金薄壁件脉冲激光焊接熔透的在线智能诊断与自适应控制提供了参考。