在激光雷达探测海水水下目标的应用中，基于频域滤波的信号处理技术可以抑制海水后向散射噪声。其中接收系统中滤波器带宽的大小不仅对后向散射起到抑制作用，而且对目标信号产生抑制作用。为了确定带宽取值范围，分析了调制脉冲激光雷达探测信号水下传输模型，研究了海水后向散射信号以及目标反射信号的频域特性。通过对接收信号在频域上进行仿真，归纳出接收系统滤波器带宽的最优设计方法。该研究结果为系统达到最佳信噪比奠定理论基础。

为了分析掺铒光纤脉冲超辐射放大器的输出特性，通过对时变激光速率方程求解的方法，进行了理论分析和数值验证，获得了系统对不同调制频率的响应和输出特性。结果表明，在一定频率范围内，将产生高峰值超辐射脉冲序列。用0．1W抽运1m铒光纤放大，种子具有纳秒级调制周期且占空比为1／2时，输出脉冲峰值渐减，约200ns后渐趋稳定。通过调节种子信号的光谱特性、调制特性并选择合适的光纤参量，可以控制放大脉冲性质。这一结果为利用超辐射光纤光源产生高功率、光谱性质可调的脉冲提供了有效途径，在1．5μm大气窗口及远程应用中具有实际价值。

为了研究激光直写技术在薄膜器件成型工艺中的应用，采用波长为1．07μm的连续光纤激光器对SiO₂／Si基表面SiO₂－TiO₂多孔溶胶－凝胶薄膜进行致密化的方法，得到了激光功率密度对薄膜收缩率的影响规律以及热处理温度对薄膜的激光致密化功率密度阈值和厚度变化的影响结果。结果表明，薄膜收缩率随着激光功率密度的增加而增大。薄膜热处理温度越高，激光致密化功率密度阈值越高，达到薄膜致密化极限需要的激光能量越大。激光致密化机制是通过硅衬底吸收激光能量，然后以热传导的形式加热溶胶－凝胶疏松薄膜，实现薄膜致密化。

介绍了一种水下探测技术，以激光脉冲信号为载波，将微波信号加载到激光脉冲上进行调制编码，调制编码信息由光信号携带进入水下。在接收端，通过频率滤波实现对编码信号的提取，由编码信号的信号处理实现激光雷达水下目标探测。将该技术与多种抑制海水后向散射的方法进行比较，对载波调制激光雷达在海洋探测应用的特点和研究现状进行了综述。

综述和分析了激光冲套金属材料的微尺度效应、材料的弹塑性理论、材料的非线性。对于等离子体的物理发展过程及空间结构，提出了旋转椭球体模型，对进一步研究、建立微尺度激光冲击强化等离子体三维模型奠定了理论基础。展望了微尺度激光冲击处理技术的发展及应用前景。

为了精确估计带外腔半导体激光器的线宽展宽因数，采用了光反馈自混合技术和梯度最优算法，可以达到数据－理论的最佳拟合，同时提出了改进的梯度迭代公式，并在参量迭代时引入可变步长，取得了仿真和实验数据。该算法不仅测量精度较高，而且抗噪声性能较好。仿真结果表明，当信噪比大于20dB时，线宽展宽因数的相对标准差小于2．55%。实验数据处理结果表明，线宽展宽因数的相对标准差小于5．1%，对半导体激光器的应用是有帮助的。

为了研究镧钼阴极表面发射机制，采用专为研究阴极设计的与俄歇能谱仪相连的脉冲激光沉积装置制备薄膜阴极。通过测量阴极发射性能和原位分析表面成分(原子数分数)，研究了阴极表面元素镧La和氧O变化对阴极发射性能的影响。实验发现随着阴极表面镧膜变薄，阴极发射性能逐渐减弱；阴极发射性能与表面元素La，O的含量有关，表面层中La／O越高，阴极的发射性能越好。结果表明，传统的单原子层理论无法解释镧钼阴极的发射机制；超额镧在镧钼阴极的发射中起到了关键作用。

为了设计一种可连续和脉冲双模式输出的绿光激光器，采用一只半导体激光器端面抽运Nd³⁺∶YVO₄+KTP胶合晶体，通过腔内倍频，获得光－光转换效率为19%的连续绿光激光输出。利用增益开关技术，改变注入激光器的电脉冲波形，可得到方波、正弦波或三角波的绿光激光脉冲输出；调节激光器驱动电流的幅度和占空比可改变输出激光脉冲的强度和脉宽；改变驱动电源的重复频率可以使输出绿光激光脉冲的重复频率连续可调，最大重复频率可达2MHz。在重复频率为560kHz时，获得了输出绿光激光脉冲宽度为74ns、峰值功率为285mW、振幅噪声小于3%。研究表明，利用增益开关技术可以获得重复频率和窄脉冲宽度的绿光激光脉冲。

为了达到提高时间间隔测量精度的目的，采用复杂可编程逻辑器件和单片机实现脉冲激光测距时间间隔测量系统中的模拟内插法的方案，设计了测量系统与测试电路，并对该方案进行了验证，得到了200ps精度的时间间隔测量系统。结果表明，可编程逻辑器件的使用可大大简化电路结构，使得整个系统结构简单化。采用该设计方案的激光测距系统具有体积小、可靠性高的特点。

为了更有效地检测目前饮用水的质量，对市面上常用的几种品牌的饮用水以及实验室提供的蒸馏水等样品的喇曼谱进行了研究。运用激光喇曼光谱的分析方法，测量了它们的激光喇曼谱在伸缩振动喇曼峰处的半峰全宽，同时也测量了样品在伸缩振动喇曼峰处的退偏振度。结果表明，伸缩振动喇曼峰的半峰全宽随水样品中含有的微量矿物质浓度的增加而减少，而伸缩振动喇曼峰处退偏振度随水样品中含有的微量矿物质浓度增加而增加。该结果为鉴定饮用水的质量提供了一种简单而有效的方法。

以适宜光刺激为主的人眼是人类获取外界信息最多的重要感觉器官。从光学角度而言，人眼是一个有多个界面的复杂光学系统，每一个界面都具有复杂的几何特征和光学特性。结合光学测量，对人眼建立光学模型，研究每个界面的光学特征，在视光学和眼科学领域都有着重要的实际应用意义。通过对国内外模型眼的研究与发展的介绍，总结了各种典型人眼模型的光学结构与特性，并给出了人眼光学模型的研究发展趋势——个性化与精密性。

波片的精度会受到温度的影响。为了研究石英波片的延迟量随温度的变化关系，以减小温度变化带来的误差，采用理论分析的方法，得出了石英波片在不同环境下使用时，延迟量精度的影响因素，同时对波片在不同环境下使用时的误差进行了分析。结果表明，随温度的升高，波片延迟量规律性的减小。研究结果对于波片在不同环境下的正确使用有一定的参考价值。

为了对激光喷丸强化的工艺参量进行全面评估，通过改变激光能量(A)、脉冲宽度(B)和光斑直径(C)，对12mm厚的6061－T6铝合金板料进行模拟实验研究，旨在评价激光工艺参量对喷丸后残余应力的影响及彼此之间的交互作用。在Taguchi方法指导的基础上，采用ABAQUS有限元分析软件进行实验模拟，并运用MINITAB软件对数值模拟结果进行统计分析。结果表明，3个激光工艺参量对残余压应力都有着显著的影响，按照对残余压应力影响程度的大小进行排序，依次为光斑直径、脉冲宽度和激光能量。最佳的参量水平组合为A₃B₃C₂，对应的表面残余应力大小为125MPa。

为了实现高重复频率声光调Q运转，通过分析掠入射激光器中的等效抽运光模式，对掠入射激光器的掠入射角度进行了优化，获得重复频率大于2MHz的声光调Q TEM₀₀基模的实验输出。理论分析和实验结果表明，掠入射激光器存在一个优化的掠入射角度可以获得尽量小的抽运光模式横截面积，有利于激光器获得高增益和实现高重频运转。

为了研究多模耦合效应，从兰姆半经典自洽场理论出发，采用三阶微扰方法，对J_a=1→J_b=2跃迁的四频环形激光器进行了理论推导，得出了非多普勒极限普遍情形下并含粒子数脉动效应的兰姆系数解析表达式。此结果具有一定的普适性，对定量研究多模耦合精细效应是有帮助的。

为了减少波前探测斜率噪声对基于哈特曼－夏克波前传感器的Zernike复原模式的影响，采用对波前复原矩阵斜率噪声影响的相关分析和线性解耦变换的方法，得到一组基于哈特曼－夏克传感器斜率探测噪声的Zernike最优复原模式，通过合理剔除波前模式复原中易受噪声影响的模式组合，减少了波前测量噪声引起的波前模式复原误差；采用蒙特卡罗随机试验法，验证了一子孔径成方形排布的波前传感器对于波前斜率噪声的受影响程度，仿真结果显示，复原模式系数误差由0．0212λ下降为0．0048λ。结果表明，在剔除部分模式项后，最优复原模式统计优化对于滤除波前斜率探测噪声有一定的作用，提高了波前探测器的探测精度和复原能力。

为了研究交叉相位调制(XPM)对非线性光纤环镜(NOLM)微波光子开关的影响。基于耦合非线性薜定谔方程，采用分步傅里叶法建立考虑XPM在内的数值分析平台，获得了MOLM微波光子开关中XPM对微波调制光载波信号和NOLM功率输出函数的影响。数值计算表明，XPM导致调制波波形畸变，信号能量从主瓣泄露；并且随着调制带宽的增大，旁瓣泄露愈加严重。同时由于XPM效应的非互易性，NOLM功率传输函数扭变，在耦合器分光比f∈(0，0．5)区间减少而在f∈(0．5，1)区间增大。

为了研究贝塞尔－高斯光束通过圆孔硬边光阑和圆环光阑的衍射特性，从Collins公式出发，采用数值模拟的方法模拟出光强分布。模拟结果表明，贝塞尔－高斯光束经圆孔光阑衍射后轴上光强随菲涅耳数F呈周期振荡；贝塞尔－高斯光束经圆环光阑后轴上光强随F呈振动衰减。在F相同时，贝塞尔－高斯光束经圆孔光阑衍射后横向光强分布比经圆环光阑衍射后横向光强分布平滑，孔径越小，光强调制越明显；当孔径与束腰相等时候，横向光强分布与菲涅耳数没有关系。

为了满足单模尾纤输出脉冲半导体激光器及其后级光放大的要求，研制了一种重频、脉宽及峰值电流均连续可调的纳秒脉冲驱动电源。该电源使用功率场效应管作为开关，通过分析其驱动特性，采用合适的栅极驱动电路，从而缩短了脉冲宽度，增加了带负载能力；同时电源中的保护电路采用自断电等保护措施，能有效保证LD的安全工作。实验结果表明，该驱动电源工作稳定，能满足单模尾纤输出脉冲LD重频、脉宽、峰值可调的要求。

为了研究线偏振C0₂激光对高吸收率非金属材料的影响，采用线偏振C0₂激光沿着不同的方向切割模切板，研究不同激光功率、切割速度、切割方向、辅助气体对切缝宽度的影响，同时对比线偏振激光切割低碳钢。试验结果表明，改变激光功率和切割速度对模切板进行切割，上、下切缝沿不同方向之间的宽度相差不大，即偏振性对高吸收率非金属材料模切板的切缝影响不大，但是对金属材料影响很大。辅助气体N₂和空气对上下切缝的影响不大，从经济角度应优先选择空气；为了得到上下均匀一致的切缝，同一激光功率下，切割速度应小些，而同一切割速度下，激光功率应大些。

为了研究小角度失调对二维轴对称－折叠组合腔CO₂激光器输出光束的近场分布的影响，在利用矩阵理论确定平凹谐振腔和凹－平－凹谐振腔失调后的光轴的基础上，采用光束并和思想，对输出光束进行了理论分析和模拟。取得的数据表明，小角度失调对4cm以内的近场强度影响不大，光强仍具有高斯状分布；对4cm以外的近场强度影响较大，光强分布轮廓发生相应的变形，且随着失调角度变大而变大。研究结果表明，在4cm以内的近场具有实用价值。

为了提高激光焊接机激光输出的能量稳定度，采用了在输出端加激光功率检测装置并将其实时信号反馈到控制端，形成一个闭环控制系统的控制方法，进一步提出了在激光功率负反馈信号中加入相位补偿信号以达到提高激光能量控制精度的目的。同时，在激光焊接机软件设计上加入了激光能量波形控制功能，以拓宽激光焊接加工的应用领域。与传统的激光电流负反馈的能量波动为8%以上相比，采用功率负反馈可使激光能量波动控制在3%以内。实验结果表明，选择激光功率波形，可以改善焊接质量。

为了优化铜磷合金粉末选区激光熔化快速成型的工艺参量，采用有限元分析软件ANSYS对其温度场进行了模拟，经理论分析和实验验证，获得了其温度场分布的数据。对材料未知温度范围内的热特性参量用插值法近似获得，采用不等网格剖分方式，用热焓去处理相变潜热问题。结果表明，其温度场的等温线分布为椭圆形，用模拟遴选的工艺参量(在铺粉厚度为0．22mm时，选用激光功率为100W、扫描速度为0．25m／s和激光束半径为0．1mm)能实现选区激光熔化快速成型。这一结果对其它粉末材料的选区激光熔化快速成型也是有帮助的。

相干合成和谱合成是两种不同的光束合成方案，近年来均取得了显著进展。为了比较系统地研究这两种新兴的光束合成技术，从光纤激光器的基本要求、关键技术、可扩展性、光束质量、系统稳定性和光束控制等6个方面，对目前已经获得高功率且有望获得更高功率输出的两种典型方案进行了比较研究。结果表明，基于主振荡功率放大器结构的相干合成方案和谱合成方案均难以同时获得高功率、高光束质量的激光输出。对于不同的应用场合，需要在高功率和高光束质量中选择较好的平衡点。

简述了卫星激光测距系统研究背景和发展现状，阐述了数据处理算法在卫星激光测距技术中的重要地位和作用，重点介绍了当前国际上普遍采用的一些数据处理算法的发展应用情况以及一些先进的数据处理算法的研究进展，包括屏幕处理技术、泊松统计滤波算法、相关检测算法等。最后展望了卫星激光测距技术及其数据处理算法的发展方向。

高功率光纤激光器在定向能领域有着重要的应用。为了研究双包层光纤激光器的输出特性，采用数值模拟和实验研究的方法，进行了理论分析和实验验证。用国产大芯径掺镱光纤搭建了双包层光纤激光器，获得了1092nm的激光输出，功率为1．6W。结果表明，光纤最佳长度与后腔镜和抽运功率有很大关系，通过优化设计后腔镜，选取最佳后腔镜信号光反射率R₂，可获得最大激光功率输出，提高激光器效率，获得特定的稳定的纵模输出，优化系统的性能。

为了对控制光束传播的质量提供理论依据，采用光束相干－偏振矩阵理论中柯林斯公式，对高斯谢尔模型光束经光阑衍射后的轴向偏振特性进行了理论研究和数值分析。结果表明，由于光阑衍射，使得高斯谢尔模型光束的偏振出现非均匀分布，光束偏振度沿轴向出现振荡现象，并且随着光阑截断参量的减小、光束空间相干长度的增大以及传输距离的增大，振荡逐渐增强。相比之下，光束在自由空间沿轴向传输时，在近场区偏振度分布均匀，随着传输距离的增大、空间相干长度的减小，偏振度沿轴向分布逐渐增大。利用光阑可对部分相干光的轴向偏振传输特性进行控制，对实际应用有重要的参考价值。

为实现高功率TEA CO₂激光束空间整形，需要设计一套非球面伽利略型整形扩束系统，将束腰8mm的基模高斯光束整形扩束到直径25mm。根据基于几何光学原理导出的系统理论模型，采用龙贝格数值积分算法得到40组描述非球面的数据，非线性最小二乘法拟合数据，获得两个非球面矢高解析式。为验证所设计镜头的光束空间整形效果，用光学软件ZEMAX对束腰8mm的基模高斯光束进行了整形仿真，光线光路追迹结果与理论设计吻合。仿真整形结果表明，可以获得直径25mm的平顶光束，出射波面面形峰谷值误差25个波长，输出基本为平行光。这为进一步工程应用作了必要准备。

为了研究被动调Q激光器脉冲的波形对称特性，采用数值求解Nd∶YAG晶体Cr⁴⁺∶YAG被动调Q激光耦合速率方程组的方法，获得了激光脉冲的波形，绘制出了“脉冲对称因子”与饱和吸收体初始透过率和输出镜反射率的关系曲线图；并根据脉冲波形的不对称性，更精确地计算了脉冲宽度及其与饱和吸收体初始透过率和输出镜反射率的关系。得到参量b=0．6时，脉冲波形对称；b=0．78时，脉宽最小的结论。结果表明，可以通过调整b参量来优化被动调Q脉冲波形对称性和脉宽。

为了计算半锥形多模光纤和半导体激光器的耦合效率，并分析影响耦合效率的因素，在考虑光线在锥面上多次反射、反射损耗、透射损耗以及波导的耦合条件的情况下，采用改进后的光线追迹法计算了不同锥角或不同锥长、以及两者发生相对平移或倾斜的情况下，无包层半锥形多模光纤和半导体激光器之间的耦合效率。模拟结果表明，当半锥宽度取适当值时，锥角对耦合效率的影响弱化了；耦合效率对相对平移比较敏感，而对相对倾斜有着很高的冗余度。这对实际工作中提高耦合效率具有指导意义。

用锥镜产生的无衍射光可以具有大光学口径和光学数值孔径，使无衍射光对入射光束的偏心有一定的包容能力。为了研究无衍射光对激光束角向漂移(角漂)的包容性能，采用发散球面波入射光束，通过理论分析和试验验证可知，发散球面波的无衍射光对激光束角漂具有良好的包容性能。结果表明，此方法产生的无衍射光可适于作中、短距离连续空间直线度误差测量的直线基准。

为了解决非均匀介质中的光传输问题，利用光学相位共轭波的时间反演特性，实现了对克斯林衍射积分公式的改进。并通过改进后的计算方法对均匀及非均匀介质中的光传输进行了数值模拟。模拟结果表明，该方法能够实现计算非均匀介质中的衍射场的近场分布的计算。这一结果对高功率激光系统中的传输模拟和参量优化等问题是有帮助的。

为了研究多信道全光混沌通信系统中信道串扰对系统同步及解码性能的影响，构建了基于垂直腔面发射激光器的多信道混沌通信系统模型。通过利用描述其特性的速率方程模型，采用相似指数作为参考标准来评价同步性能，并进行了2．5Gbit／s混沌掩藏方式的编解码数值模拟。结果表明，相对注入强度越小，信道间隔越大，系统同步的性能越好；双信道系统的同步质量相比主从式单信道系统会有明显下降，而进一步增加信道数量，同步品质并不发生显著改变。在同步质量足够高时，信号可以得到较好的恢复。