光学级金刚石膜的快速生长一直是微波化学气相沉积金刚石研究领域的热点和难点之一，通常对于大尺寸金刚石膜的生长速率和光学质量不可兼得。采用正交实验方法，优化光学级金刚石膜的工艺参数，最终在高功率、高甲烷同时辅助氧气刻蚀条件下，实现了光学级金刚石材料的快速生长，其生长速率为3.1 μm/h，可见光波段内透过率最高为70.9%，10.6 μm处红外透过率达到68.9%。等离子体诊断结果表明，高质量金刚石的快速生长主要由于高功率密度有助于原子H的激发和CH₄的分解，加入氧气也有助于CH₄的分解，同时对非金刚石相具有刻蚀作用，从而实现了高质量金刚石膜的快速沉积。

利用重复频率为1 kHz的钛蓝宝石飞秒激光烧蚀悬浮在甲醇中的单壁碳纳米管制备碳炔。利用表面增强拉曼光谱仪和紫外可见吸收光谱仪对样品溶液进行光谱表征，并用高效液相色谱仪对样品进行分离，确认有碳炔（C_nH₂，n＝6，8，10，12，14，16）生成，其中的主要产物是C₈H₂。对制备碳炔的最佳激光功率与最佳加工时间进行了研究，结果显示：当激光单脉冲能量为0.52 mJ、加工时间为1.5 h时，可以获得最高的碳炔产率。对碳炔的合成机制进行了较深入的解释。激光功率密度存在饱和阈值，该饱和阈值与C₂自由基的碎裂程度有关，激光功率密度超过饱和阈值后会打破C₂自由的“反向” 第四键，进而影响C₂自由基合成碳炔。因此，随着激光单脉冲能量增大，碳炔的产率呈现先增加后降低的现象。本研究可为碳炔的大规模制备提供重要参考。

电催化剂作为铝空气电池阴极的核心部分, 其催化性能的优劣直接影响铝空气电池的产业化进程。本文采用尿素高温处理法将商业的Vulcan-72XC碳材料进行掺氮改性处理制备了N/VC2。在此基础上, 进一步负载不同的锰氧化物得到三种Mn3O4@N/VC2、MnO@N/VC2和MnO2@N/VC2复合材料。其中, MnO2@N/VC2具有最优的氧还原反应(ORR)催化性能, 起始电位高达0872 V。作为铝空气电池阴极催化剂, 在大电流密度下放电功率密度可达到136 mW·cm-2。本文通过对比分析不同氧化锰基复合材料的电催化性能, 研究了碳载体和锰氧化物之间的交互作用。结果表明, 多孔结构和丰富缺陷位点的协同作用是提高材料催化活性的主要原因。该工作为锰基氧化物催化剂的研发提供理论依据。

水-光耦合传输效率是实现水导激光可加工性的前提与效率保证。为了研究水导激光中水-光耦合传能规律, 得到较高的水束中激光功率传输效率和均匀的激光功率密度分布, 采用光线追迹原理及物理光学传播方法, 仿真分析了1064nm激光束聚焦后的光束特性及水-光耦合后水束中激光光斑分布形态, 并对不同水束长度下激光功率传输效率, 以及不同功率、压力和水束长度下激光功率密度分布情况进行了系统的实验检测分析。结果表明, 随着水束长度的减小, 1064nm激光在水束中功率传输效率越高, 在水束长度为20mm时, 激光功率传输效率可达63.6%; 激光功率的变化对水束中激光功率密度分布影响最大; 当激光功率不变时, 在水束稳定长度范围内水压的增大有利于水束中激光功率密度均匀化分布, 而耦合水束长度的减小可以提高激光传输效率。研究结果为提高水导激光中能量利用率有一定的指导意义。

将铌酸锂(LiNbO3, LN)晶体制作成波导型结构能够进一步提高器件的集成度, 已经广泛应用于电光调制器、频率变换、声光调Q等光电器件中, 在光纤通信、光电传感、激光雷达、航天航空等领域具有重要的应用前景。传统的Ti扩散法制作的LN波导在短波应用中抗光折变损伤能力差, 退火质子交换法制作的LN波导只能支持TM模(横磁模)单偏振传输, 应用领域受限。本文提出了一种新型Zn扩散法制作掺镁LN脊形波导的方法, 通过建立波导的扩散模型和仿真, 探索制备的工艺条件并进行测试, 得到的LN波导最低传输损耗为0.86 dB/cm, 光折变损伤阈值可达到184 kW/cm2, 这将为高功率铌酸锂波导集成光电器件的研发提供一种较好的制备途径。

在激光加工等领域常利用光纤激光的聚焦以获得高功率密度的光斑。为了分析阶跃光纤混合模的聚焦特性，基于广义惠更斯-菲涅耳衍射公式，数值计算了阶跃光纤中基模（LP₀₁）与高阶线偏振模在非相干叠加和相干叠加两种情况下的聚焦光强分布。仿真分析了混合模相对于单一LP₀₁模式的聚焦特性，研究了其聚焦光斑的平均功率密度、焦点偏移随模式占比、模式间相位差的变化规律。研究表明：当混合模非相干叠加时，随着基模占比的增加，聚焦光斑功率密度随之增加且焦点偏移减小；当混合模相干叠加时，基模占比及模间相位差都会影响聚焦效果，可以通过合理控制基模占比和模间相位差，达到聚焦光斑功率密度高于基模的聚焦光斑功率密度、减小混合模焦点偏移的目的。

研究了15%Yb, 20%Na∶CaF2-SrF2混晶(Yb,Na∶CaF2-SrF2, CaF2∶SrF2=1∶1)的近红外光谱和激光参数特性。研究显示, Yb,Na∶CaF2-SrF2混晶在974 nm处吸收带宽为22 nm, 吸收系数为13.09 cm-1, 吸收截面为0.31×10-20 cm2。Yb3+离子在CaF2-SrF2基质中主发射峰中心波长位于1 010 nm, 肩峰中心波长位于1 036 nm, 发射带宽为56 nm, 在2F5/2→2F7/2能级之间跃迁对应的荧光寿命为228 μs。采用激发波长980 nm时, 1 010 nm处发射截面为6.52×10-20 cm2、1 036 nm处发射截面为4.11×10-20 cm2, 分别是915 nm激发时的1.49倍与1.68倍; 实现激光输出波长1 036 nm处达到布居反转时所需要激发的激活粒子数的最小分数βmin为0.34%, 在零声子线974 nm处的饱和泵浦功率密度Isat为290.58 kW·cm-2。上述结果表明, Yb,Na∶CaF2-SrF2混晶在近红外波段高能量激光系统中具有潜在应用前景。