为解决激光晶体传导冷却与输出光束能量分布对称性之间的矛盾，针对半导体激光器(LD)抽运高功率固体激光器，提出了半环形侧面对称抽运的方式。对多LD阵列同时抽运激光晶体的吸收与增益情况进行了计算，并在实验中予以验证，采用半环形对称抽运的方式，在20Hz的工作频率下，以总抽运单脉冲276mJ的能量获得最大63．6mJ的圆形对称脉冲激光输出，斜效率34%。实验结果表明，采用对称抽运结构能够有效地改善输出光束的空间分布，获得较为对称的激光输出。

为了描述不同脉冲激光烧蚀金属表面作用过程，从双温模型出发，用有限元差分法对飞秒、皮秒和纳秒脉冲烧蚀金属表面的温度场进行了数值求解，将结果与不同的激光脉冲宽度内约化双温方程得到的解析解和简化方程进行了比较，并讨论了这些简化方程的适用范围和简化的合理性，还讨论了电子热流表达式与辐照激光光强的关系。计算结果表明，在不同脉冲宽度内的约化方程所得结果与双温模型数值求解符合得很好，证明了在飞秒领域，晶格温度可认为是常数，双温模型被简化为自由电子的温度变化方程；在皮秒激光领域，要用完整的双温方程描述；纳秒脉冲期间认为电子晶格温度相等，双温模型被简化为热传导方程。

为了深入理解激光与等离子体相互作用时产生的密度孤波和自生磁场的形成机制，从动力论出发，数值模拟了从波－波、波－粒相互作用出发的轴对称柱坐标下的密度扰动非线性控制方程，得到了密度孤波和自生磁场的形成和演化过程。数值结果表明，强度为4×10¹⁴W／cm²的激光打靶时形成的孤波最大密度扰动率达到82%，并产生30T的自生磁场，与实验测量结果相符合，为密度孤波和自生磁场的形成提供了理论依据。

为了提高光纤光栅的温度和压力灵敏度系数以满足实用化对灵敏度精度的要求，对光纤光栅进行封装设计。得到封装后的光纤光栅温度和压力灵敏度系数分别为0．052nm／℃和0．8208nm／MPa，分别为裸光栅的5倍和273倍，且传感器的温度和压力响应与光栅反射波长成良好的线性关系。通过半个月的油气管线现场实验，测得光纤光栅温度压力传感器与油气管线的电类传感器的测量值符合得特别好，该温度和压力传感系统满足了温度和压力的实时测量。

为了使准光孤子能够在标准单模光纤中稳定地传输，采用了分步傅里叶方法分别模拟了准光孤子在标准单模光纤中的传输和在色散补偿系统中的传输，得到了准光孤子在标准单模光纤中的传输特性和在色散补偿系统中的传输特性。结果表明，准光孤子在标准单模光纤的传输过程中脉冲峰值逐渐降低，脉冲宽度逐渐展宽，不能稳定传输；而准光孤子在采取色散补偿技术的色散补偿系统中传输时，脉冲形状几乎保持不变，与准光孤子直接在标准单模光纤中的传输相比，性能得到了很大改善。

基于激光三维雕刻对单层雕刻深度的工艺需求，采用不同雕刻工艺参数对Al₂O₃陶瓷进行雕刻实验。详细分析了工艺参数对单层雕刻深度、雕刻质量的影响以及激光雕刻陶瓷的机理，并建立起激光雕刻深度的数学模型。当激光输出功率为12．2A、重复频率为2kHz、激光扫描速度为25mm／s时，陶瓷试样的单层雕刻深度最接近0．1mm，同时获得较高的雕刻质量。利用实验中获得的参数数据进行了三维实体的雕刻并给出了应用实例。结果表明，分层成形原理可以应用于激光雕刻领域，三维雕刻系统能够在陶瓷表面直接加工真正的三维图形。

为了得到脉宽可控的腔倒空射频波导CO₂激光器，采用了在陶瓷板上直接开波导槽的方法，构成了多通道Z折叠主本振激光器结构，并在主振波导进行CdTe电光晶体腔内调Q。在理论上计算了加载在CdTe上的高压脉冲下降时间的长短对腔倒空激光脉冲宽度的影响，并通过对高压脉冲电源等效负载参数的调整，得到了脉冲宽度可控的高重频腔倒空激光脉冲。在20kHz，40kHz，65kHz及70kHz的重频工作下，得到了半峰全宽约30ns、峰值功率在2kW以上的腔倒空激光脉冲。结果表明，这种新型腔倒空射频波导CO₂激光器满足激光外差成像雷达系统参数要求。

为了测量纳米材料的热扩散率，采用激光光热位移技术测量了不同频率下热位移的相位，由相位的拟合曲线得到材料热扩散率的方法，得到了不同退火温度下纳米TiO₂热扩散率。结果表明，纳米TiO₂的热扩散率随退火温度升高而减小。

为了精确测量零阶贝塞耳光束的中心亮斑半径，采用彩色反转胶片作为记录媒质，通过滚筒扫描的方法将底片上的图像转为数字图像，在对数字图像做必要的处理后，测量出氦氖激光的零阶贝塞耳光束的中心光斑半径为16．77μm±0．01μm，与理论计算值15．16μm吻合良好。实验结果表明，采用胶片测量微米量级的光斑具有高精度、低成本，可测截面面积大的优点，在1Hz超短脉冲实验中，可以替代甚至超越了常规的激光光束分析仪。

为了实现对光学非球面的低成本在线测量，在比较和分析现有非球面检测技术的基础上，设计并制作了一种小型径向剪切干涉仪用于检测非球面透镜。基于波带板可以聚焦成像的原理，该干涉仪采用不同焦距的双波带板产生径向剪切干涉。波带板由工业缩微矢量图制版技术设计和制作而成，并通过实验验证了该波带板的聚焦精度。采用傅里叶变换条纹相位分析法对干涉条纹进行处理，计算出波相差和波面面形。实验中给出了平面波光束经过一个非球面透镜后的波面面形检测结果和误差分析，使用该技术对标准非球面进行测试，波差峰谷值(P－V)达到了λ／5的精度，均方差(RMS)达到λ／10的精度。结果表明，该干涉仪具有体积小、抗干扰能力强等特点，适用于对小型非球面透镜进行在线检测。

为了选育高产硫酸软骨素酶菌株，从土壤中首次筛选到一株产硫酸软骨素酶的粘质沙雷氏菌，经过CO₂激光辐射诱变(激光功率10W，扩束光斑直径0．5cm，照射距离23cm，照射时间30s)，选育出高产硫酸软骨素酶的菌株GT596。经传代培养，发现具有稳定的高产硫酸软骨素酶活性。

为了研究碳纳米管悬浮液的光限幅机理，测量了碳纳米管悬浮液的散射能量和透射能量随入射激光能量密度的变化曲线，得到了不同入射激光能量密度下，散射光能量在平行于入射线偏振光偏振方向的散射面内的角度分布，并对碳纳米管悬浮液进行了探针光实验。根据米氏散射理论，计算了在不同大小的散射中心下，碳纳米管悬浮液的散射光能量在平行于入射线偏振光偏振方向的散射面内的角度分布，以及散射截面随散射中心半径大小的变化。结果表明，碳纳米管悬浮液光限幅可能源于碳纳米管吸收激光能量汽化形成的碳气泡引起的非线性散射。

为了提高一种3bit可变光纤延迟线的延时精度，提出一种采用可调谐激光器作为系统光源的技术，利用光纤的材料色散特性即光纤的折射率随传输波长变化而改变的特点，来改变延时光纤中信号存储的时间，从而达到提高光纤延迟线延时精度的目的。仿真结果表明，采用该种技术的光纤延迟线系统，平均延时误差从4．1ps下降到了1．3ps，延时精度得到了显著提高。

为了探讨不同抽运方式下掺Yb³⁺光纤放大器的增益和噪声特性，对910nm掺Yb³⁺光纤放大器进行数值模拟。结果表明，抽运方式对增益影响较小，但对噪声特性影响较大，光纤达最佳长度时，正向和双向抽运方式的掺Yb³⁺光纤放大器要优于反向抽运方式。这一结果对掺Yb³⁺光纤放大器的试验设计具有重要的作用。

为了提高光斑的质心探测精度，要对采集的光斑图在质心位置确定之前进行抑噪预处理，采用5种常用的图像处理方法对光斑图进行抑噪处理。仿真和实验结果表明，两种非线性滤波算法效果最好，极大地提高了质心探测精度，为波前相位探测中的数据处理提供了有益的参考。

采用侧面抽运技术的三点抽运的高功率双包层光纤激光器是多点抽运的高功率双包层光纤激光器中最简单最基本的形式。为了研究其抽运参数的优化，以便在相同的抽运光功率下获得最大的激光输出功率，首先从掺Yb双包层光纤激光器的速率方程出发，得到了总体抽运损耗功率的表达式，然后根据总体抽运损耗功率最小化的原则，对三点抽运的高功率双包层激光器进行了优化设计，得到了最优抽运点选取的解析表达式。数值仿真分析表明，优化后的光纤激光器输出功率较优化前有所提高，尤其是对于优化前抽运光的总体损耗功率较大时更为明显。三点抽运的高功率双包层光纤激光器的优化结果很有意义，也为多点抽运的双包层光纤的优化设计提供了思路。

为了研究细薄金属管材激光弯曲成型过程中轴向预载荷力的影响作用规律，应用ABAQUS有限元仿真软件，对连续波CO₂激光照射细薄钢管产生的弯曲过程进行了数值仿真。实验中对弯曲过程中各变量进行了测量，并与数值仿真的结果进行了比较。得到了预负荷对于弯曲变形机制中，温度、应力、残余应力的分布和弯曲角度的作用规律。实验结果表明，在激光功率和扫描速度相同时，轴向预负荷能够明显地增大弯曲过程中的内应力和弯曲角度。

柔性贴膜作为一种集约束层与吸收层于一体的新手段，使激光冲击技术有了更好的工程实际应用性。为了解决原技术中约束效果较差的问题，采用丙烯酸合成树脂与聚氯乙烯胶来代替硅胶做约束层。试验结果表明，这二者的约束效果远优于硅胶，冲击后材料的硬度均达到33HV以上，最大残余压应力均在60MPa左右，接近光学玻璃约束的水平(硬度与残余应力分别约34HV，70MPa)，很好地解决了硅胶约束效果较差的问题，使柔性贴膜技术更趋近于实用化。

为了得到非线性介质中的光学响应，考虑了光通过含有非线性缺陷的一维光子晶体异质结构的情况，对缺陷层的介电函数采取δ函数近似的方法，得到了具有非线性缺陷的一维光子晶体异质结构中的光学响应表达式。结果表明，非线性缺陷存在时，在光学响应中会出现双稳态、多稳态等特性。讨论了双稳态及其多稳态的形成条件，并与考虑缺陷层厚度时的结论进行了比较，为构造零阈值的激光器和非线性光学器件的初步设计提供了有益的理论参考。

为了提高消光比测试系统的测试精确度，利用偏振干涉原理研究设计了一种用于此系统的衰减器，并对它的工作机理进行了详细分析。此衰减器主要包括3个偏光棱镜，1个λ／4波片(632．8nm)，两个步近电机。它可以对光强度进行连续调节，其调节范围在0～60dB之间，插入损耗小于1．5dB，消除了以往更换固定衰减量的衰减器带来的误差。此光衰减器用在高消光比测试系统中可以得到优于10^－7量级的消光比，它不仅可以用于高消光比测试系统，同样可用于其它光学测试系统。当用消色差波片代替λ／4波片时，它能对多种波长的光进行衰减，扩大测试系统对光谱区的使用范围。

为了寻找到性能更好、灵敏度更高的光波导传感器，在传统反谐振反射光波导结构的基础之上，提出了一种新型反谐振反射光波导传感器，对其反射率和传输损耗进行了模拟，并计算了它的灵敏度。结果表明，与传统表面均匀传感型反谐振反射光波导传感器相比，新型传感器直接将待测的样品作为波导层并且采用了周期结构的反共振层，使大部分光束集中在样品中传播，从而降低了传输损耗，提高了传感器的灵敏度，为波导传感器的制作提供了一定的数值参考。

为了研究锁模光纤激光器以增益平坦型掺铒光纤放大器作为增益介质对输出特性的影响，采用增益平坦型掺铒光纤放大器结合光纤偏振控制器、偏振相关光隔离器组成锁模光纤激光器，基于非线性偏振旋转锁模技术，实现稳定、自起振锁模运转，得到了中心波长1560nm、重复频率6．495MHz、单脉冲能量0．17nJ、脉宽1．5ps的超短光脉冲。同时实验观察到峰值波长为1557nm和1570nm的双峰值波长锁模脉冲的产生。结果表明，采用增益平坦型掺铒光纤放大器替代普通掺铒光纤组成锁模光纤激光器，可获得较高单脉冲能量的超短光脉冲，锁模脉冲的输出光谱可能出现双峰结构，从而可为超短脉冲光纤激光器设计及实用化提供参考。

为了研究折射式起偏器的密勒矩阵表达式，以矩阵光学中关于斯托克斯矢量和密勒矩阵的有关理论为基础，通过理论运算导出了折射式起偏器的密勒矩阵的一般表达式；探讨了自然光以任意角度入射折射式起偏器的情况下透射光的斯托克斯矢量表示及偏振度所满足的公式；绘制了以布儒斯特角入射时透射光偏振度与介质折射率及介质层数的关系曲线。结果表明，在以布氏角入射折射式起偏器的前提下，增大介质的折射率和介质层数更容易获得较高的偏振度。这一研究结果对多层介质膜器件同样适用，具有一定的现实参考意义。

为了研究硅光电二极管钝化膜的抗辐射性能，采取了0．8MeV电子在4个辐照剂量(10¹³cm^－2～10¹⁴cm^－2)分别辐照3种不同厚度二氧化硅钝化的光电二极管的方法，比较了光电二极管光电流变化率和暗电流变化率，得到了3种钝化厚度的光电二极管的性能参数有不同程度衰减的结果。辐照后光电二极管的光电流衰减强烈依赖入射光波长，在短波和长波阶段衰减明显，而在中波阶段(600nm～800nm)基本不衰减。另外，暗电流变化率随着辐照剂量迅速增加，当辐照剂量达到1×10¹⁴cm^－2时，短波光电流仅为辐照前的80%，暗电流为辐照前的40倍。实验中还发现，薄钝化的二极管的光电流衰减最小，其暗电流增加最显著。结果表明，钝化膜的辐射特性与器件结构和钝化膜工艺密切相关。

为了实现滤波旋转和尺度不变的目的，提出了将圆谐梅林滤波器用于模式识别。从圆谐展开函数引出旋转不变滤波器，从梅林变换引出尺度不变滤波器，并将这两个滤波器结合得到旋转和尺度不变的圆谐梅林滤波器。计算机模拟实验证明，圆谐梅林滤波器具有旋转和尺度不变性；能很好地提取畸变物体的角点和边缘，尤其是角点，并可以由角点处的相关输出峰值判断边的结构。

为了解决目前无线光通信采用的调制方式误包率大、传信率低等问题，研究了双头脉冲间隔调制(DH－PIM)和数字脉冲间隔调制(DPIM)的性能。分析了DPIM和DH－PIM两种调制方式的符号结构，比较了二者的传信率以及给定模型下的误包率。仿真与分析结果表明，DH－PIM的传信率较高，适合于实时性要求较高的传输系统，而DPIM的平均发射功率低，误包率较小，适合于要求低功率或高可靠性的系统。

为表征SILEX－Ⅰ超强超短脉冲钛宝石激光装置的性能，利用高空间分辨的哈特曼波前传感器实验研究了该系统的光束波前畸变特性。实验中采用俄罗斯科学院激光和信息技术研究所研制的自缩束哈特曼波前测量系统，哈特曼波前传感器的最大入射口径可达95mm，测量精度为0．08μm。得到激光脉冲在压缩前的P－V值仅为0．13λ(λ=800nm)，RMS值为0．02λ；压缩后P－V值为0．63λ，RMS值为0．09λ，并对实验结果进行了分析和讨论。结果表明，该激光装置具有良好的光束质量，其主要波前畸变来源于压缩池。

高速调制半导体激光器光源是光纤通信系统、相控阵雷达等的关键器件。高速激光器的寄生电容是影响其调制带宽的因素之一。为了减小寄生电容，针对脊波导结构激光器的电容，采用计算机模拟与实际测试相结合的方法，进行了理论分析和实验验证。结果表明，其寄生电容大小不仅与电极金属化面积有关，还与隔离沟的腐蚀深度有关。当腐蚀至波导层时，寄生电容减小到10pF以下。这一结论对实现激光器的高速调制是非常有意义的。

为了得到温度对串联光折变晶体回路中独立空间孤子对特性的影响结果，基于串联光折变晶体回路中独立空间孤子对的基本理论，推出了低振幅条件下串联光折变晶体回路中亮暗独立空间孤子对光波演化方程的解析解。理论分析了温度对其特性的影响，数值分析了这种孤子对的动态演化特性，讨论了这种系统应用于温控光器件的可能性。结果表明，调节暗孤子的温度能够影响明孤子的特性。

为了研究横流气体激光器因谐振腔腔镜倾斜、中心热变形以及增益介质的横向流动而产生的非均匀增益对激光模场分布的影响，采用快速傅里叶变换算法模拟了高能CO₂激光器的输出模场。结果表明，这些因素都会导致模场分布畸变。通过腔镜冷却、改善腔镜材料、增大反射率以及适当调节腔镜倾斜方向可改善非均匀增益对模场的影响。

为了研究激光回波率及激光漏测分布问题，通过对误差方差上界指标、区域极点指标以及随机穿越特征指标等多指标的相容性分析，并利用满意估计思想和双线性矩阵不等式组的求解方法给出了一种满意估计策略的设计算法。所设计的滤波器能保证激光测距机回波率满足给定要求并能使漏测点的分布在时间上尽量均匀，从而保证了跟踪系统尽可能保持航路平稳。结果表明，所设计的满意滤波增益满足多指标要求。