本文介绍了一种波长宽、响应快的静态体三维显示系统，包括显示介质、控制系统及激光系统三部分。实验中，选取具有双频上转换效应的NaYF₄∶Er@NaGdF₄∶Yb@NaYF₄∶Er纳米晶溶液作为显示介质。控制系统选用1024×768的数字微镜显示器（DMD）及扫描振镜对红外激光进行投影，使用成像光学软件将立体图像的二维切片转换为DMD/扫描振镜的控制信号。激光系统选用1550 nm和850 nm的红外激光，用适当的光学元件调整光束和光路。最终在纳米晶的环己烷溶液中（1 mmol/mL）以30×1024×768的分辨率实现了绿色（532 nm）三维图像体的快速扫描，图像无闪烁、深度线索自然、可360°观看。该显示系统对材料性能要求不高，搭建方便，显示效果明显，为上转换材料在三维显示领域的初步研究及大尺寸体三维显示技术的探究提供了参考。

基于单光子雪崩二极管（SPAD）的激光雷达凭借其灵敏度高、探测距离远、集成度高等优点被广泛应用于三维感知领域。SPAD激光雷达系统中包含各种功能的子模块。研究这些子模块对激光雷达系统性能的影响有助于进一步优化系统方案，提高研发效率，降低研发成本。因此，从系统子模块的特性出发，利用时间相关单光子计数技术（TCSPC）和蒙特卡罗法建立了基于SPAD的激光雷达模型，得到了被动复位电路和主动复位电路、单事件首光子时间数字转换器（TDC）和多事件TDC对系统性能的影响。结果表明：在目标飞行时间为20 ns、环境光为50×10³ lx、目标反射率为10%的条件下，主动复位电路与被动复位电路的系统性能基本相当；当目标反射率增加到50%后，主动复位电路的系统性能优于被动复位电路；类似地，多事件TDC的系统性能优于单事件首光子TDC，主要表现在，与单事件首光子TDC相比，多事件TDC的噪声本底计数为均匀分布，其信号计数的峰值更易大于噪声本底计数的峰值，寻峰算法更简单，算力需求更少。仿真结果表明，为使系统性能最优化，SPAD集成芯片的后端子模块应采用主动复位电路和多事件TDC的组合架构。

976 nm高功率半导体激光芯片是光纤激光器的核心部件，具有极为重要的产业价值。报道了课题组在高效率高功率半导体激光芯片的设计、制作与测试方面的研究成果。为了最大限度地提高器件的功率转换效率，同时满足苛刻的寿命要求，在设计上采用双非对称大光腔波导结构，同时对量子阱结构、波导结构、掺杂以及器件结构进行了优化；在外延生长方面，系统地优化了生长工艺参数，确保了外延材料具有极高的内量子效率及低内损耗。大量测试表明：所制作的器件（腔长为5 mm、发光条宽为200 μm的芯片）在室温、连续波（CW）测试条件下，阈值电流约为1 A，斜率效率为1.14 W/A；当电流为9 A时，最高功率转换效率高达72.4%；当电流为30 A时，输出功率达到29.4 W，功率转换效率为61.3%；对应于95%光场能量的水平远场发散角低至8.7°。上述参数性能已经达到了国际同类产品的先进水平。

超分辨荧光成像技术因其能够突破光学衍射极限的限制，为生命科学研究带来全新的观察尺度而获得了诺贝尔化学奖。但是，传统的超分辨荧光显微镜需要极为复杂的光学系统来突破衍射极限，通常伴随着明显的光毒性和低时间分辨率，昂贵的造价以及日益复杂的操作限制了其在生物医学领域中的推广应用。因此，全球各大研究团队都在积极寻求具有近红外、高亮度和抗光漂白的替代荧光探针，并通过改善成像装置与算法，进一步拓展超分辨显微技术的应用范围。稀土元素纳米材料由于其独特而优异的物理化学特性，如显著的反斯托克斯光谱位移、无背景噪声、抗光漂白、光稳定性、低毒性和高成像穿透能力等，持续受到化学、物理学和材料学领域的广泛关注，是近期兴起的一种稳定性优异的无机荧光探针。本文首先简要介绍了上转换纳米颗粒的发光机制，然后讨论了纳米结构材料中实现光子上转换的主要限制。此外还介绍了镧系元素掺杂上转换纳米粒子在超分辨生物成像、分子检测等领域的应用，以及介绍了包括降低激光功率要求和耦合技术难度、提高激光直扫成像分辨率与速度、提高多路复用成像效率等应用技术优势。最后重点介绍了颗粒合成方面的主要挑战、可行的改进措施以及对未来发展的展望，为稀土纳米材料在生命科学成像领域的推广应用提供有力的理论基础与技术支撑。

在应用于自动驾驶的相位调制连续波（PhMCW）激光雷达测距系统中，测量中频（IF）信号的脉冲宽度是关键问题，时间数字转换器（TDC）模块对IF信号的测量决定了PhMCW激光雷达的测距范围与精度。然而传统的TDC实现方法测量范围很小，且实现大测量范围时系统复杂度高，难以应用于自动驾驶。为了实现高精度大范围的TDC模块，采用基于现场可编程门阵列（FPGA）的严格计数链法，在保证比较高的测量精度的前提下，增加很少的资源使用量就可以扩大测量范围，设计简单。该TDC模块能够实现1.24 μs的时间测量范围，对应最大探测距离为186 m。利用信号源产生不同脉宽的被测信号进行实际测试，获得了最佳为26.42 ps的测量精度，对应测距精度为3.96 mm，优于现有商用激光雷达50 mm的测距精度。对200 ns脉宽的过采样数据包进行了频谱分析，证明了TDC测试结果受开关电源噪声影响。最后，搭建PhMCW激光雷达系统进行应用验证，实现了0.3~7 m飞行时间探测，从而证明了该TDC测量方法的可行性。该方法在激光雷达测距领域具有广阔的应用前景。

以减小直线感应加速器X射线光源横向尺寸为目标，开展轫致辐射转换靶的设计。对聚焦打靶过程中电子束运动轨迹进行分析，指出同一个电子束轨迹分布，既可以描述为电子束在某纵向位置处具有一定的横向展宽，也可以描述为电子束保持较小横向尺寸时的轴向分布展宽，由此提出在束腰附近放置多个小靶片实现聚焦电子束有效阻挡的小尺寸多层靶概念设计。采用EGS4程序对X射线产额进行计算，发现靶厚度在一定范围内改变时X射线产额变化较小，基于这一规律完成了小尺寸多层靶的结构设计。进一步考察了一个设计应用实例，当聚焦电子束最小包络直径3 mm、会聚角100 mrad时，对比大尺寸靶，采用小尺寸多层靶可以获得等效直径减小约50%、产额减小约10%的X射线光源。该设计方法有望在相同的电子束品质和聚焦条件下，获得横向尺寸小于电子束最小束包络直径的X射线光源，具有一定的应用价值。