为了满足未来惯性约束激光核聚变(ICF)的快速点火装置对高能量激光束的要求，提出并特殊设计了一种可用于ICF系统中相干并束的等腰三角形位相光栅。模拟计算和分析的结果表明，这种等腰三角形位相光栅对4束相干激光并束的效率理论上可以达到90．2%，比普通的二元达曼型位相光栅的衍射效率高22个百分点。相对而言，该光栅具有加工难度低、误差宽容度大等优点，有较强的实用前景。

在摩擦副表面激光微细加工技术中，为了确定其表面形貌，采用有限差分法对激光微造型中的烧蚀温度场和烧蚀产生的弹坑进行了数值模拟，计算模型在能量平衡方程的基础上，将入射脉冲激光在空间以高斯分布考虑，模拟出了激光微造型中靶材的温度场分布和变化规律，以及弹坑的深度和直径，进行了理论分析和实验验证，将此模拟结果(弹坑直径和深度)和现有文献中的实验进行比较，得到了良好的一致性。这对于激光微造型技术的理论研究是有帮助的。

为了获得窄的自由光谱范围和可控的精细度，采用了将平行双通道波导用啁啾布喇格光栅完全反向耦合，在耦合区入口处制作解理面反射镜的方法，将光栅色散引入法布里－珀罗腔内，同时保持了解理面反射镜对精细度的控制。得到法布里－珀罗滤波器的自由光谱范围不仅决定于腔长，还决定于色散，通过调整光栅参数获得在大范围内可控的自由光谱范围。数值模拟和分析结果表明，这种啁啾布喇格光栅法布里－珀罗滤波器可以在传统双镜法布里－珀罗滤波器尺寸下获得千倍量级压缩的自由光谱范围，而精细度的调整不影响自由光谱范围。

为了研究汽车专用高强度镀锌钢板的CO₂激光焊接性能，采用侧吹保护气体的方法，进行了大量的焊接试验，并对焊缝进行了显微组织分析和相关的机械性能试验。在试验的基础上，选择了焊接保护气体的种类，分析了热输入工艺参数对材料深熔焊接熔化特性的影响，解决了因锌的蒸发及环境中水分等因素的影响下，在激光焊接时焊缝中易于形成气孔的问题。结果表明，在侧吹保护气体的条件下，激光深熔焊接能有效地避免高强度镀锌钢热影响区的软化和控制焊缝气孔及焊接接头裂纹的产生。

为了研究在氮气保护条件下，无钎剂激光喷射植球工艺参数对凸点剥离强度的影响，对激光电流、激光脉冲时间和凸点剥离强度的关系进行了试验，得出了激光脉冲时间一定时，剥离强度随激光电流的增加而降低；激光电流一定时，剥离强度随脉冲时间的增加而增加的结果；同时借助扫描电镜和能谱分析，对凸点(Sn63Pb37)／焊盘(Au／Ni／Cu镀层)界面的组织形貌及相组成进行了分析。结果表明，在保证凸点外观质量的前提下，大激光电流、短激光脉冲时间时凸点剥离强度较低，小激光电流、长激光脉冲时间时凸点剥离强度较高；在现试验条件下，钎料球能很好地润湿焊盘并在凸点／焊盘界面处形成了连续的AuSn₄金属间化合物层。

为了定量分析飞秒激光金属加工中的热影响，基于一个二维的双温模型，采用有限差分法计算了飞秒激光烧蚀金属镍的径向热影响区。提出一种飞秒激光烧蚀热影响区定义，把热影响区定义为两部分，一部分是熔化再凝固区(晶格温度介于相爆炸温度和熔化温度之间的区域)，另一部分是热激活区(晶格温度介于熔化温度和热激活温度之间的区域)。通过研究表层晶格不同时刻的径向温度分布，得到飞秒激光烧蚀500nm厚金属镍的径向热影响区是160nm。结果表明，飞秒激光加工的热影响区非常小，可以实现对金属材料的超精密加工。并分析了电子热导率和电子比热容对径向热影响区的影响。

在可见光遥感图像中，常常因为云的阻挡而很难获得有云区域的信息。在没有预知信息的情况下，为了从一幅图像中获取有云区域的信息，采用基于样条曲线的方法，对有云区域像素的亮度值进行拉伸，得到去云后的遥感图像，既保持了云区与边界的连续性，又容易获取云区域内的信息。再使用高通滤波器与云区内像素亮度值进行卷积，突出了云区内的图像信息。实验结果表明，对于一幅有1／4被乌云覆盖的遥感图像，突出了云区内隐藏的丰富信息，能获取诸如水坝的墙体、水流等重要信息，说明图像增强技术的多样性。

为了研究液体表面波的衰减特性，采用激光衍射法，对液体表面波的振幅和传播距离之间的关系进行了实验取证和理论分析。实验结果表明，液体表面波的振幅随传播距离的增大而按指数型规律减小，并具有明显的色散效应，衰减系数液体表面波的随频率线性增大。这一结果对液体表面波的检测和应用是有价值的。

为了测量飞秒激光脉冲啁啾，采用了一种对干涉自相关光谱作频谱修正的简单方法，得到干涉自相关修正光谱。利用该修正光谱对啁啾有很高灵敏度的特性，对高斯型强度分布的线性啁啾、平方啁啾脉冲进行了理论分析和实验验证，取得了修正光谱的下包络峰的高度与啁啾量对应关系、下包络峰的个数与啁啾次数对应关系。结果表明，根据干涉自相关修正光谱下包络的峰值，可估定啁啾的量值，根据干涉自相关修正光谱下包络峰的个数可以判断脉冲啁啾的次数。这一结果对精确地测量飞秒激光脉冲的微小啁啾量是有帮助的。

为了对低频液体表面波衍射条纹强度及位置进行分析，用低频信号发生器驱动振子，产生稳定的液体表面波，一束激光照射液面，表面波对光形成了位相型光栅，产生了清晰的衍射图样。过中心沿水平方向对衍射图样进行线性扫描，得到了衍射条纹强度随位置的变化曲线及各级衍射条纹的中心位置及强度值，发现了衍射条纹强度及位置具有明显的不对称分布。理论上给出了衍射条纹强度与表面波之间的关系，并且对衍射条纹位置的近似条件及半角宽度进行分析，分别解释了在斜入射的情况下衍射条纹位置及强度的不对称分布。理论上推导出在垂直入射的情况下，衍射条纹的位置及强度是对称分布的。理论与实验结果比较吻合。

为了研究低功率信号光脉冲在均匀周期结构阻带外沿且紧靠阻带的传输特性，采用数值求解非线性薛定谔方程的方法，进行了理论分析，给出了脉冲宽度、峰值功率与传输距离的关系曲线和在不同频率失谐量下的脉冲慢光延迟特性。结果表明，脉冲波形在传输过程中将经历剧烈的演变过程，当给予入射脉冲合适的初始预啁啾参量时，可以得到与入射脉冲具有相当峰值功率的输出脉冲。这一结果对实验研究低功率信号脉冲在均匀周期结构阻带外沿且紧靠阻带的慢光传输特性具有重要的理论参考价值。

为了实现港口堆场作业自动化，迫切需要一种快速准确的集卡定位系统。针对此需要设计了一套由运动控制卡、步进电机和2－D激光雷达组合而成的3－D激光雷达扫描系统，采用了一种多个3－D激光雷达系统协同工作的工作方式和与之相适应的改进的ICP数据处理算法以及先粗后精的分级定位方法。该系统工业性试生产的结果表明，装卸效率达到80TEU／h，精度控制在了5mm以内，首次实现了无人驾驶轨道吊车对集卡的快速准确定位。该系统对于其它领域的大型部件的检测定位也有非常重要的意义。

为了得到更加有效的掺饵光波导放大器材料，采用改进了激活剂掺入途径的溶胶凝胶方法，制作了不同比例Yb³⁺／Er³⁺共掺杂的γ相氧化铝粉体材料方法，测量了样品的吸收和光致发射光谱并进行了分析。结果表明，Yb³⁺离子的掺入能很大地提高样品对980nm左右激发光的吸收效率，Er³⁺离子1534nm主发射峰的发射强度最大增加了约6．3倍；体系中Yb³⁺∶Er³⁺的掺杂存在最佳比例，最佳掺杂比例约为6∶1；同时x射线衍射法测试表明，最佳的热处理温度为900℃，相同的热处理温度下，Yb³⁺的掺人能延缓Al₂0₃由无定形相向γ相转变的过程，这一结果对进一步改善掺饵光波导放大器的特性是有帮助的。

为了克服二元联合变换相关器的取阈和实时性问题，采用微分运算与二元联合变换相关器结合的方法。联合功率谱中，由于干扰项随频率的变化率比需要的信息量随频率的变化率慢得多，因此可以采用微分方式削弱干扰项，增强互相关信号，对微分后的功率谱再进行二值化非线性处理得到优化功率谱，然后对优化功率谱进行傅里叶逆变换，得到目标和图像的相关输出。模拟实验结果表明，所提出的相关器能很好地抑制自相关峰，增强互相关峰，具有更强的鲁棒性。而且该方法在处理过程中，不需选择阈值，简单的微分及二值化操作使之具有更强的实时性。

为了使大芯径多模双包层光纤激光器实现基模输出以抑制高功率双层光纤激光器中的非线性效应，采用将大芯径的多模双包层光纤适当弯曲进行选模使双包层光纤激光器获得单模激光输出的方法，进行了理论分析和实验验证，取得了大芯径多模双包层光纤内包层折射率、纤芯半径、光纤内传输信号光波长、光纤弯曲半径等因素对弯曲损耗及激光器输出光场模式影响的数据，并采用国产掺镱多模双包层光纤进行了弯曲选模实验，实现了多模光纤激光器的单模输出。结果表明，激光器最大输出功率达9W，斜率效率达17．3%，输出为基模。这一结果对大芯径多模双包层光纤激光器的选模是有帮助的。

为了研究环形腔掺Yb³⁺光纤激光器的输出特性，采用两个波长为976nm的半导体激光器作为超短脉冲激光器的抽运源，利用非线性偏振旋转锁模技术，实现了激光器的自起振锁模运转。实验中通过调节掺杂光纤的长度和偏振控制器波片的位置实现了锁模脉冲的波长调谐，在掺杂光纤长度为1．6m时，获得了波长为1053nm、最大输出功率为9．5mW、光谱宽度为6nm、重复频率为23．7MHz的超短光脉冲输出。实验结果与分析表明，采用调节光纤的长度和偏振控制器可实现超短脉冲光纤激光器的波长调谐。

为了研究掺铒光纤激光器超短脉冲的产生，采用增益平坦型掺铒光纤放大器、两个偏振控制器以及3个耦合器，利用非线性光纤环形镜加成脉冲锁模技术，通过改变偏振控制器的方向，获得最大输出功率为0．6mW的脉冲输出，对应的光谱宽度9nm、中心波长1561nm、脉冲宽度434ps、脉冲的重复频率为1．1MHz。该脉冲经过掺铒光纤放大器放大后，最大输出功率为10．8mW。放大后锁模脉冲的中心波长保持不变、光谱带宽稍有变窄、输出功率明显增大、脉冲宽度展宽为495ps。实验结果表明，采用商用的掺铒光纤放大器可实现结构简单、调节方便的掺铒光纤激光器超短脉冲输出，且掺铒光纤激光器可以实现自启动，并长时间稳定锁模工作。

为了研究垂直耦合腔面发射激光器(CC－VCSELs)阈值特性，利用传输矩阵法计算了其阈值载流子浓度，在此基础上结合载流子速率方程讨论了阈值电流，得到了CC－VCSELs的双阈值点(1mA，0．75mA)与阈值电流关系曲线。数值计算结果比较表明，利用传输矩阵与载流子速率方程相结合的方法研究CC－VCSELs的阈值特性优于速率方程法，且数值计算结果与实验结果相吻合。

为了研究平面光波导光栅的理论和设计方法，采用波导模场的高斯近似和有效折射率法对波导进行计算，在不考虑平面波导有效折射率的色散效应和近轴近似条件下，分析了阵列波导光栅近似设计理论，经模拟设计与实际设计参数对比，得到了正确的方法，并简化了计算结果。结果表明，这种近似理论为阵列波导光栅的工程设计提供了一种简单实用的计算方法。

为了研究超短激光辐照下半导体表面的热效应，采用有限差分法对双温方程进行了数值模拟，研究了飞秒、皮秒激光作用下，半导体表面载流子和晶格的温度分布情况。结果表明，载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同，激光功率密度是影响载流子温升的主要因素，超短脉冲激光入射时能量主要被半导体表层载流子吸收，所得结论与实验结果较吻合。

为了解决功率谱密度仅仅是一种强激光条件下光学元件表面质量评价指标，无法对通过加工来消除某频段误差进行确定性指导这一问题，采用小波理论对光学元件表面误差进行了分析和试验验证，在利用功率谱密度特征曲线找到表面误差不合格频率带的基础上，利用二维连续小波变换得到了能作为加工过程反馈的不合格频率带的对应区域。结果表明，利用此方法能有效地找到特定误差频段对应的区域，从而指导加工，提高加工的效率。

为了研究微机电可调谐垂直腔半导体光放大器在反射模式下的增益及波长调谐特性，不同于以往的耦合腔方法，采用传输矩阵方法进行了研究。该方法避免了对有效腔长及增益增强因子的计算过程，所得结果直接与器件的物理结构相对应。得到了空腔长度、有源区量子阱堆位置的改变对增益及峰值波长的影响。结果表明，利用该方法模拟计算的结果与实验的结果相吻合。

为了研究温度对激光感生热电电压的影响，采用脉冲激光沉积方法制备了La_1－xCa_xMnO(LCMO)，La_1－xPb_xMnO(LPMO)和La_1－xSr_xCoO(LSCO)3种薄膜。用锁相斩波系统测量了激光感生热电电压依环境温度的变化并定义了温度系数，进行了理论分析和实验论证，取得了温度系数数据。结果表明，LSCO的温度系数最小并为正温度系数，LCMO温度系数最大是负温度系数，LPMO温度系数为正。这一结果对激光感生电压器件的稳定性是有帮助的。

为了验证激光冲击波冲孔工艺的可行性，采用Nd玻璃高功率脉冲激光器在0．4mm厚锻铝合金板料上进行冲孔试验。推导出激光冲孔工艺中板料脱离时所需理论最小板料运动速度，分析了激光冲击波冲孔技术的机理及其特点。结果表明，激光冲击波冲孔后，孔周围材料未发生扭曲变形、孔口光滑。激光冲孔技术为孔成形工艺提供了全新的加工方法。

为了准确地研究图像奇异性以及各部分的属性及特征，采用一种基于亚像素边缘测度的多重分形算法，该算法根据方形孔径采样定理计算亚像素位置的梯度面密度函数值和图像任意子集(半径可以达到亚像素精度)的边缘测度，进而利用多重分形理论将实际图像分割成一系列具有不同奇异性指数的分形集合。并利用含有不同信息含量的分形集合重建原图像算法，实现了图像从纹理到边缘各层面内容的精确划分。对该算法进行了理论分析和实验验证，得到3×3亚像素方法提取的边缘信息重构原图像，其峰值信噪比达到14．76dB。结果表明，重建图像峰值信噪比主要依赖于所提取的边缘信息质量以及重构系数比，提取的各层面信息与人类的视觉系统所捕获的重要信息相吻合。

为了研究脉冲激光烧蚀氧化锌靶材的整个过程，给出脉冲激光作用块状靶材的烧蚀模型。从包含热源项的导热方程出发，利用适当的动态边界条件，详细研究了靶材在熔融前的温度分布规律。结果表明，靶材熔融前，在固定位置，温度随时间推移而升高，且距离靶面越近，变化率越大。在同一时刻不同位置，温度随着热扩散距离增加而下降；并采用精确解与积分近似法相结合的方案，给出熔融后固液两相的温度分布与时间和位置的变化关系。液相的温度梯度随扩散距离增加而下降，在距烧蚀面0．5μm之内，温度梯度很大；在0．5μm后面的部分，温度变化就很缓慢；固相的温度变化较为复杂。

为了对部分相干修正贝塞尔－高斯光束通过有硬边光阑近轴4BCD光学系统的传输进行研究，采用将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法，得到了近似的解析传输公式。以部分相干修正贝塞尔－高斯光束在有光阑情况下自由空间的传输为例作了数值计算，对所得解析公式的计算误差和适用范围进行了讨论。结果表明，用该方法可快速、解析地研究部分相干修正贝塞尔－高斯光束通过圆孔光阑自由空间的传输特性，分析菲涅耳数、截断参数对其光束经光阑后光强分布的影响。

为了研究激光冲击成形对板料表面光洁度的影响，采用0．5mm厚铝板和304不锈钢板料作为试样，选择光斑直径8mm、波长1054nm、脉冲宽度23ns的激光脉冲进行冲击成形实验，铝板冲击成形的激光能量为15．4J，304不锈钢的激光能量为18．92J。冲击成形后对板料表面光洁度进行检测，结果表明，激光冲击成形可使板料表面光洁度提高接近两个精度等级。通过理论分析可知，板料背面光洁度的提高有两个方面的原因，一方面由于应力波在板料背面的微尖峰中传播时产生一系列的反射波，当反射波强度超过材料抗拉强度极限时将引起微尖峰的断裂；另一方面由于板料的高速运动在板料背面的空气中形成高压区，当作用在板料表面的空气压力大于动态屈服强度时微尖峰发生塑性变形，因微尖峰断裂和塑性变形使板料背面光洁度提高。

影响激光喷丸成形中板料最终成形形状的工艺参数众多，为了达到需要的板料变形量及残余压应力层深度，必须对各工艺参数进行优化控制。利用正交表设计了主要的激光器和板料参数，并用ANSYS／LS－DYNA模拟了全部情况。采用极差法对数值计算结果进行分析，得到了各因素的主次关系以及较优的参数水平组合。结果表明，利用正交法对激光喷丸成形工艺参数进行优化设计可以有效控制残余应力形态，从而控制板料变形，对试验具有重要的指导意义。

为了研究入射激光功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响，利用波长1．06μm，脉冲能量42mJ～320mJ，脉宽10ns的Nd∶YAG激光作用在Al靶上，研究了冲量耦合系数C_m和激光功率密度I₀的关系。实验发现靶材在离焦度x不同时，C_m和I的变化关系相似，而对应的最佳功率密度明显不同。在功率密度由低慢慢升高过程中，冲量耦合系数先随功率密度升高而增加，升到最大值后随功率密度增加而减小。通过分析激光等离子体的吸收作用和离焦度不同时激光和靶相互作用机理的不同，认为C_m出现峰值主要是受等离子体屏蔽效应的影响，稀疏波的作用使得焦斑处最佳功率密度最大，而焦斑处空气击穿消耗能量导致焦后C_m峰值减小。

在对波片延迟量的测量中常因光源起伏影响测量精度，出现较大的测量误差，为了避开光源强度起伏的影响，提高系统的测量精度，减小测量误差，用两个标准λ／4波片与待测波片组合，使其满足一定条件等效为旋光器，搭建了一套测量系统，用角度测量替代对光强的直接测量。实验结果表明，该系统可有效避免光源强度起伏对测量结果的影响，测量精度可达0．5。。与传统测量方法相比，该测量系统具有构造简单，不受光源起伏影响，以及测量精度高等特点，是一种便捷有效的测量方法。

为了获得更高的时间分辨率，更短的飞秒脉冲，采用双棱镜和一个平面镜结构对飞秒激光脉冲进行腔外压缩，构建了一台二次谐波频率分辨光学开关装置，对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量，取得了脉冲压缩前和压缩后的实验数据，压缩前脉冲的宽度为89fs，脉冲的时间带宽积为0．9096，误差为2．4‰，输入脉冲的平均功率约为480mW；脉冲压缩后的测量结果为22fs，光谱宽度为43nm，时间带宽积为0．44203，误差为1．1‰，压缩脉冲的平均功率约为250mW。压缩比为4∶1，高于有关文献的报道。结果表明，该装置实现了飞秒脉冲腔外压缩，对获得更短的飞秒脉冲是有帮助的。

为了使渥拉斯顿棱镜具有更好的透射性能，从理论上分析了光学胶折射率对渥拉斯顿棱镜透射光光强分束比、总透射比的影响，得到了关于光学胶折射率与棱镜透射光光强分束比及总透射比的关系式，并拟合出了关系曲线。结果表明，光学胶折射率对渥拉斯顿棱镜的光强分束比和总透射比均有影响；且无论棱镜的结构角是大是小，光强分束比为1和总透射比的最大值对应着同一光学胶折射率，对633nm的光而言，此折射率值为1．570。这一结果对优化渥拉斯顿棱镜的性能是非常重要的。

为了得到对称分束的偏光棱镜，采用了对常规渥拉斯顿棱镜进行改进的方法，即通过修正o光束的出射端面来实现对称分束。得到了o光束出射端面的修正角与棱镜的结构角之间的关系式。以632．8nm波长为例分析了。光束出射端面的修正角与棱镜的结构角之间的关系曲线和修正角与波长的关系曲线。结果表明，此种设计既可实现对称输出，并且具有设计简单，加工方便等特点。