为了大功率激光设备工作时, 减小高斯光束束腰半径外低能量所产生的边缘效应, 避免出现毛边、搭接痕迹明显等问题, 需要对它进行光束整形设计。针对大功率激光光源特性(输出平均光功率为500 W, 脉冲宽度为130~160 ns, 重复频率为20~50 kHz, 波长为1 064 nm, 功率调节范围为10%~100%), 为了减小系统的复杂性, 提高激光能量的利用率, 采用伽利略式非球面透镜整形系统进行参数优化; 选取平顶洛伦兹模型为物理模型, 根据能量守恒定律求得入射光与出射光之间的映射关系; 采用光学软件对系统的结构参数和非球面系数进行优化。计算平顶光束在出射距离20,30 mm时的输出能量均匀度。结果表明: 系统的工作焦深在20～30 mm时, 平顶区激光能量均匀度均大于78.0%。以锈蚀的低碳钢板为作用目标进行了激光清洗实验, 光斑作用区域内, 激光与物质相互作用均匀, 证明本设计能满足大功率激光使用环境的要求。

研究了一种适用于不同类型光条图像的光条中心提取方法。构建了光条的截面能量模型,分析了不同成像质量光条的截面能量组成,构建了高斯-洛伦兹分峰拟合模型;基于所构建模型,依次对光条图像进行灰度归一化、感兴趣区域提取、高斯-洛伦兹分峰拟合、去洛伦兹分量处理,利用灰度重心法提取出精确的光条中心。对比实验结果表明,本文方法对不同类型光条图像的提取具有适用性强、精确度高,但耗时长的特点;然而对强漫反射和镜面反射光条的提取耗时仅为当前效果最好Steger法的1/2。

研究了GaAs工型偶极子光电导天线(PCA)结构参数对THz辐射特性的影响。首先利用DL(Drude-Lorentz)模型得到了光电导天线的电流解析解，结合时域有限差分(FDTD)进行半解析半数值仿真，有效地解决了纯解析解(通过光电流对时间求导数可以得到辐射的THz的相对强度)无法和PCA结构直接对应的仿真问题，也较直接全波FDTD方法计算效率高。接着，利用偶极子光电导天线的等效电路模型和等效源阻抗公式，结合实际的PCA参数，分别得到了PCA阻抗和源阻抗，说明了由于源阻抗很低，导致匹配效率较低。最后，综合考虑数值仿真结果和理论计算结果可证明，工型偶极子光电导天线的辐射效率会随着其长宽比的增加而相应增加，该结论与相关文献实测结果吻合，从而也验证了文中FDTD仿真结果、理论模型及计算结果的有效性。

光电导天线(PCA)产生太赫兹(THz)辐射受光生载流子输运情况的影响很大。考虑到GaAs材料光电导天线两能谷效应，修正了德鲁德洛伦兹模型，得到了载流子输运情况并与经典扩散漂移模型仿真结果进行了对比。同时采用了时域有限差分方法(FDTD)耦合载流子密度，仿真太赫兹辐射时域波形，并与太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)测量时域波形对比。结果表明，两能谷效应修正的德鲁德洛伦兹模型仿真辐射时域波形与THz-TDS测量波形吻合，14 μm和34 μm小孔径GaAs偶极子光电导天线在波长为800 nm，脉冲半峰全宽为30 fs，脉冲重复频率为75 MHz，平均功率为327 mW的钛宝石飞秒激光器照射条件下，GaAs材料衬底两能谷效应引起的载流子输运变化对THz辐射起关键作用。

光子晶体光纤（PFC）有着传统光纤无法比拟的优良特性，特别是具有极好的非线性效应和双折射效应；当输入抽运波偏振方向同双折射轴成45°时，通过引入拉曼增益的洛伦兹模型，研究了光子晶体光纤中在参变放大和拉曼散射共同作用下的增益谱特性。结果表明，由于参变放大和拉曼散射的相互作用，输入功率和群速度失配对光子晶体光纤的增益有重要影响。随着输入功率和群速度失配的增大，增益谱强度增强，宽度加宽。在反常色散区，输入功率较大并达到稳定时，斯托克斯波增益谱呈现多峰结构；在正常色散区，斯托克斯波增益大于反斯托克斯增益。当满足一定关系时，在光子晶体光纤中传播的抽运波可以分解为脉冲序列，由此分离和提取T频脉冲。