飞秒激光在学术领域和工业领域都具有极高的应用价值，对飞秒激光进行准确快速的表征与精确控制对其各种应用至关重要。飞秒脉冲的传统表征方法依赖非线性效应且光路结构复杂，而飞秒脉冲的控制则大多采用开环手动调试，无法实现稳定的最优调控，极大地限制了飞秒激光的应用。近年来，智能技术的出现给飞秒激光研究提供了新范式，结合智能技术，低能量高重复频率飞秒脉冲序列的单帧全域测量与飞秒脉冲的按需智能调控有望成为现实。

本文报道了一种性能稳定的宽带宽调谐差频产生（DFG）中红外光梳设计方案。采用保偏光纤构建光纤链路，以确保其性能稳定；采用自相似光纤放大、光纤孤子压缩及负色散高非线性光纤产生超连续谱等技术，获得了宽带、弱啁啾和窄脉宽基频脉冲；通过严格控制双色基频脉冲的空间重叠、时间同步和偏振特性，仅通过调整硒化镓非线性晶体的相位匹配角和时间同步，无须改变双色基频频率的光谱特性，DFG中红外光梳就可以实现宽光谱带宽和宽光谱调谐范围输出。集成封装仪器化的DFG中红外光梳的光谱覆盖范围为7~13 μm，每个调谐波段的带宽均较宽，9.5 μm波段的带宽达到了2.43 μm；7~13 μm光谱调谐范围内的平均功率都大于240 μW，其中8 μm波段的平均功率达到了470 μW。

检测灵敏度是衡量一项检测技术的重要参数。为了提高激光诱导击穿光谱技术（LIBS）的检测灵敏度，搭建了三光丝耦合诱导击穿光谱（TIBS）系统，对土壤中的微量铬元素进行检测，并将检测结果与等离子体光栅诱导击穿光谱（GIBS）系统、光丝诱导击穿光谱（FIBS）系统进行对比。TIBS系统的谱线信号强度比GIBS系统增强了2倍，比FIBS系统增强了7~11倍。研究了FIBS、GIBS、TIBS系统的谱线强度随样品位置的变化，发现TIBS系统的激发稳定性与GIBS系统相近。此外，在对土壤中重金属铬的定量研究中，发现FIBS、GIBS、TIBS系统对土壤中铬元素的检出限分别为22.18×10^-6、8.68×10^-6、5.06×10^-6。TIBS系统相较于GIBS系统能进一步提高检测灵敏度。

基于电控光学采样原理开展了飞秒激光飞行时间绝对距离测量的实验研究。电控光学采样技术使用两台重复频率锁相的飞秒激光器，分别作为信号激光器和本地振荡器。在本地振荡器的谐振腔内插入电光调制器并施加方波调制，实现了可控、高效的等效时间采样，采样速度由电光调制器的调制频率决定。基于这一采样原理开展脉冲飞行时间绝对距离测量实验。选用一对重复频率约为158 MHz的被动锁模光纤激光器作为光源，对固定目标进行单次测量的最大更新速率可达到200 kHz，经过4100次单次测量平均后，测距精度可达到16.7 nm。在此基础上，测量了硅基微机械器件中深度约为67.6 μm的微槽。

在现有单次测量极高速成像方法中，直接成像方法的分辨率高但探测系统复杂，而计算成像方法探测系统简单但易损失空间分辨率。因此，提出一种基于偏振编码的极高速成像技术。所提成像系统利用半波片阵列和偏振片阵列对入射飞秒脉冲、出射飞秒脉冲和动态事件进行偏振编码，并通过线性方程组解码极高速动态的时序图像。通过构建光学模型并仿真，精确还原了多幅图像，验证了所提方案的可行性，理论摄影频率在10¹³ frame/s以上，本征空间分辨率可达114 lp/mm。所提成像系统结合了直接成像和计算成像系统的优势：线性方程组精确求解，不会导致光学系统分辨率损失；时序图像叠加使探测结构只需分光不需要对不同时刻的图像进行空间上的分离，简化了探测器的结构。该极高速成像系统的时间分辨率仅受脉冲宽度限制，可以实现飞秒级动态事件的探测，并且随着脉冲宽度的缩短，其时间分辨率可以得到进一步提升。

由于长期暴露在阳光、雨水、高低温等自然环境下，硅橡胶复合绝缘子的使用性能和工作寿命会下降，严重威胁了输电线路的安全稳定运行。因此，提高硅橡胶的耐老化性对于加强户外硅橡胶复合绝缘子的可靠性和延长使用寿命具有重要意义。飞秒脉冲激光能够在硅橡胶表面制备出稳定的超疏水状态，为了进一步研究该表面的耐老化性能，使用氙灯老化试验箱对样品进行700 h的加速老化实验。结果表明，超疏水表面的接触角从163°下降到150°左右，表明超疏水硅橡胶具有优异的耐老化性能。检测结果表明硅橡胶表面在老化过程中所产生的亲水性羟基是导致其表面疏水性下降的主要原因。进一步采用一种简单有效的热处理方法使其疏水性快速得到恢复。在200 ℃的加热环境中可以使老化后的样品表面接触角从150°恢复到163°左右，同时表面滚动角恢复到3°左右。该研究结果为增强硅橡胶在工作环境中的使用性能提供了理论指导，并在延长硅橡胶的使用寿命方面提供了一种新的手段。