为了快速制造牙颌模型和用于正畸领域的转移托盘，采用螺旋CT扫描数据、3维反求和快速成型技术相结合,分别用选择性激光烧结技术与光固化树脂成型制造牙颌，重点提出用选区激光熔化技术快速制造金属牙颌与舌侧托槽组合体，再由吸塑工艺制得正畸治疗所需的转移托盘方法。获得了牙颌模型具有高的尺寸精度，所得的转移托盘能够与托槽吻合完好。结果表明，此方法为正畸医生的诊断、治疗所需要的牙颌模型提供了较好的制作思路，并为托槽安装定位提出了好的方法。

为了研究晶体结构对电磁波传输特性的影响，提出了一种空气平板层和圆形复合介质柱混合组成的新型2维混合介质柱光子晶体结构。采用时域有限差分法对其进行了数值模拟和计算，研究了改变混合介质柱的形状和结构参量对晶体透射特性的影响。结果表明，该结构可以基本保留组合前光子晶体的主带隙，并且在新的频段产生新的禁带；在混合结构中将复合介质柱换为简单介质柱没有新的禁带产生。通过改变相关参量发现，增加介质平板的宽度，这增大内嵌介质柱的半径都有利于新禁带的产生。2维混合介质柱光子晶体比单一介质柱光子晶体有更多的可调因素,这为相关光子晶体器件的设计提供了理论依据。

为了消除环境干扰对光纤干涉测量系统的影响，采用光纤3×3耦合器和光纤光栅构成光路复合在一起的两个光纤迈克尔逊干涉仪构成了光纤干涉测量系统。利用光纤光栅作为反射镜，两个光纤迈克尔逊干涉仪共有几乎相同的光路。其中一个光纤迈克尔逊干涉仪通过一个1阶反馈来补偿环境干扰的影响，实现对该测量系统的稳定；另一个光纤迈克尔逊干涉仪用于完成测量工作。结果表明，1阶反馈可以对0Hz～21Hz的干扰进行补偿，使得该测量系统适合于在线精密测量。

为研究送粉参量(送粉量和送粉气流量)变化对激光熔覆过程同轴载气粉末粒子运动行为的影响，建立了数字粒子图像测速试验装置，开发了图像处理软件，得到了不同送粉参量精确的速度场云图以及z轴方向(垂直方向)浓度分布情况。结果表明，在送粉量一定的情况下，随送粉气流量的增加，粉末粒子的初始速度呈线性增大，并使z轴方向速度的增加值加大，而对粉末流浓度影响较小。在气流量一定的情况下，送粉量与粒子速度在一定范围内有一定比例关系，超出送粉量0.33g/s～0.83g/s范围，其影响将减弱。由于粉嘴结构的原因，沿出粉方向存在粉末发散汇聚再发散的变化。汇聚的实现与气体流量关系较大。

为了研究激光冲击成形后残余应力对板料性能的影响，采用高功率Nd∶glass激光器对金属薄板激光冲击成形，使用X射线衍射法对激光冲击成形后的金属薄板的表面残余应力分布分析研究。薄板成形后的凹面分布存在较大的残余压应力，而凸面边缘存在较小的残余拉应力；残余应力随着激光能量的增加而增加，但当到达一定值时，凹面残余压应力达到最大值；在冲击凹面中心点处的残余应力值最大，周围处的残余应力以中心点为圆心向外呈非线性递减。在不同的凹模孔径下采用8mm光斑、30J激光能量单次冲击，发现存在一个凹模孔径阈值，小于阈值时，残余应力随着孔径的增大而增大；大于阈值时，随着孔径的增大而减小，阈值大小大约为20mm。结果表明，该研究对进一步研究残余应力的控制有重要作用，且对材料的抗疲劳性能、抗应力腐蚀、表面性能研究有很重要的理论和工程价值。

为了研究预置激光熔覆在45#钢制备Ni基非晶合金涂层，采用非晶形成能力三判据原则及非晶成分团簇线定律法则，选取常规非晶合金制备方法中具有较强非晶形成能力的Ni42Zr30Ta28合金成分，并对不同输出功率下得到的熔覆层微观组织和力学及腐蚀性能进行了理论分析和结果验证,取得了涂层的显微硬度、耐磨性、耐盐性的数据。结果表明，激光熔覆Ni42Zr30Ta28涂层中除含有非晶相外还含有Ni3Zr,Ni5Ta,Ni7Zr2等晶化相。相比45#钢，非晶合金涂层在力学和腐蚀性能上都有较大提高。当激光功率为3300W时，熔覆层表层显微硬度值最大为1496.4HK，表面磨损率为0.778g·mm-2；涂层由于非晶相的存在耐蚀性有明显提高,在功率为3000W时，试样单位面积增重量为0.0026g·mm-2,耐盐性最好。这为高能激光制备大面积非晶涂层提供了理论依据。

为了研究波长为1.06μm的红外激光散射通信系统各种几何参量对系统性能的影响，利用非视线单次散射大气传输模型分析了接收机、发射机的收发视场、俯仰角以及传输距离等几何参量对接收机接收功率和路径传输损耗的影响。结果表明，增大接收机的视场可以提高探测到的散射光信号功率，而增加发射机的发散角则基本不影响接收到的信号功率；在其它参量不变的情况下，增大接收机或者发射机的仰角都减小了接收机的探测到的信号功率；在散射角和传输距离一定的情况下，适当地降低发射机的仰角可以提高接收机探测到的散射光信号功率。这些结果对系统设计有一定的参考价值。

为了测量不同盐度条件下的海水折射率的变化，进而得到海水的盐度，提出了一种应用菲涅耳定理设计的光纤盐度测量方法。介绍了测量原理和初步的实验结果。该方法简单、快速、准确度及灵敏度高。结果表明，此方法在测量盐度时分辨率好于0.4%，可应用于海水盐度的实时监测等场合；理论上可以测量任何气体、液体和固体的浓度(折射率)，适用于工业在线监测物质的浓度(折射率)。

为了证明光纤传光、光纤自聚焦透镜收集反馈光进行自混合散斑干涉的可行性，建立了自聚焦透镜收集效率的理论模型，重点研究了光纤自聚焦透镜的收集效率随其半径和工作距离的变化关系；从理论上证明了采用光纤传光、光纤自聚焦透镜收集反馈光进行自混合散斑干涉的可行性；最后搭建了实验装置，并进行了实验研究。结果表明，该装置可以获得较好的自混合散斑干涉信号；可以解决自由空间自混合散斑干涉测速系统工具距离短、易受环境干扰等问题。

为了满足大型激光系统对紫外激光脉冲时间波形测量要求，采用紫外单模光纤进行传输取样的方法，理论分析了紫外脉冲在光纤中的线性传输特性，对影响脉冲波形测量的因素进行系统评价；并测试了紫外激光脉冲经过单模纯石英光纤传输后的脉冲波形。结果表明，对于纳秒、亚纳秒量级的紫外激光脉冲，单模紫外光纤是一种较好的传输介质；考虑到光纤损耗及探测器灵敏度限制，紫外光纤不宜作长距离传输。研究结果对高功率激光装置紫外光脉冲时间波形测量提供了理论和实验依据。

为了改善激光晶体热效应，建立了矩形截面激光晶体热模型，通过求解热传导泊松方程，比较了矩形截面Nd∶YVO4和Nd∶GdVO4及Nd∶GdYVO4晶体的温度场分布和抽运端面的热形变，计算了由抽运端面热形变引起的光程差和总的光程差。由比较结果可知，在相同情况下，Nd∶YVO4,Nd∶GdYVO4及Nd∶GdVO4晶体的端面中心最高温升分别约为320℃,342℃和190℃，总光程差最大为1.7μm，2.11μm和1.3μm。结果表明，Nd∶GdYVO4晶体端面中心最高温升及总光程差均为最小，更适用于大功率LD端面抽运；对于大功率全固态激光器，由端面热形变引起的光程差对晶体热焦距有较大影响。

为了解决高温下热应力导致的常规涂层脱落与开裂，在H13钢表面激光熔覆制备了H13-TiC梯度复合涂层，采用扫描电镜、X射线衍射、电子探针能谱等技术对梯度涂层的组织形貌、成分分布、硬度和热稳定性进行了分析。结果表明，涂层主要由Fe-Cr，TiC，TiO2和Fe7C3等物相组成，其中TiC呈现近多面体、枝晶态等外形；随着TiC含量的增加，TiC颗粒的尺寸变大，梯度涂层的硬度逐渐提高，结合区的枝晶组织逐渐变小，呈现明显的梯度分布；600℃高温加热空冷处理后，各层间重熔软化区硬度下降幅度最大，其次为基体H13钢，整体上硬度仍呈梯度分布。可以看出，激光熔覆H13-TiC梯度复合涂层有着极大的应用潜力。

为了研究模具钢熔覆层在不同润滑情况下的磨损性能，采用铁基粉在40Cr钢表面进行激光熔覆。以激光熔覆层为上试样，GCr15钢珠为下试样，在HT-500磨损试验机进行摩擦磨损试验，对比熔覆层在不同润滑条件下的磨损性能，利用表面形貌仪测量磨痕深度和宽度，并计算磨损率。得到了在载荷为300g和500g时，添加润滑油后与干摩擦相比，摩擦系数分别下降了61%和97.9%，磨损率分别下降了98.7%和99.8%的结果。结果表明，在干摩擦条件下，300g载荷下的磨损性能优于500g载荷时的磨损性能，且500g载荷时发生严重磨损；在相同载荷下，润滑条件下的摩擦系数、磨损率、磨痕宽度都远小于干摩擦条件下的值；润滑条件下，磨损过程比较平稳，没有磨合期。

为了研究多脉冲视频累积提高激光回波探测信噪比的途径的有效性，以噪声的统计特性为基础，理论分析了多脉冲视频累积提高激光回波探测信噪比的基本原理，并通过数值仿真和实验验证了视频累积提高激光探测信噪比的可行性。结果表明，当脉冲累积数N较小时，通过多脉冲视频累积可以提高激光回波探测的信噪比N倍，与视频累积结论一致；但当N大于一定值之后，由于系统带宽、A/D转换精度和采样率等因素的影响，使信噪比随累积脉冲数的变化明显偏离了N的指数规律。该研究为进一步通过多脉冲视频积累探测改善激光回波探测的信噪比，实现强噪声背景下的弱信号检测提供了理论和实验基础，对提高半导体激光测距系统的探测能力有着直接的指导意义。

综述了国内外高功率轴快流CO2激光器数值模拟的研究进展。分别从理论方程、计算方法、计算结果3方面对已有的数值模拟进行了比较和分析，重点探讨了理论模型的组成形式、物理意义和近似条件，分析了不同计算方法的优缺点，列举了不同计算结果得出的激光器性能和参量之间的关系。最新结果表明，轴快流量激光器的性能和输出与放电管的结构，电极结构，管内的温度场、速度场、压力场和湍流状态等参量分布都有关。依据轴快流CO2激光器和计算机技术的发展，提出了轴快流CO2激光器数的数值模拟未来需要改进的方向，进而对基于新的计算平台的数值模拟结果在激光器的优化和设计方面的应用前景进行了展望。

为了统一地研究多色高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝衍射后在近场和远场的光谱移动和光谱开关现象，利用部分相干光的广义衍射积分公式，得到了多色GSM光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后的谱强度解析表达式。从该式可看出，多色GSM光束轴上光谱移动的成因是不同频率成分的光具有不同的菲涅耳数。利用谱强度解析式并以自由空间作为ABCD光学系统的典型代表，对多色GSM光束在近场轴上和远场轴外的光谱移动和光谱开关现象作了数值计算研究。结果表明，所得谱强度解析表达式对GSM光束通过杨氏双缝衍射后的光谱移动和光谱开关现象的研究有一定的理论价值。

为了研究飞秒激光对不锈钢材料的加工工艺，采用基于飞秒激光材料烧蚀的微细加工方法，深入研究了飞秒激光高效高质量微细加工不锈钢材料的工艺条件与参量优化，并应用于微型不锈钢悬臂梁的制作。分析了激光能量密度、激光扫描速度、重复扫描次数对加工形貌和蚀除速率的影响，制作出了高质量的微米量级的不锈钢微型悬臂梁。结果表明，飞秒激光微细加工是一种极具前途与极具柔性的微机电系统器件加工手段。

为了研究非线性晶体KTiOAsO4的光参量振荡特性，根据动量、能量守恒定律和晶体色散方程，采用计算机数值模拟方法，对晶体的相位匹配、增益、有效非线性系数、走离角及允许角曲线进行了理论分析；当晶体采用Ⅱ类相位匹配方式，切割角度为θ＝90°，φ＝0°时，室温下得到了闲频光波长3463nm，最大单脉冲能量大于22mJ，脉宽不大于35.3ns，束散角不大于8.9mrad，脉冲重复频率为1Hz～40Hz。结果表明，KTiOAsO4晶体性能优良，非常适合中红外激光输出，为将来输出高能量、高峰值功率中红外激光奠定了基础。

为了研究锁模光纤激光器中矢量孤子的动力学特征，利用非线性偏振旋转锁模机制，实验获得了矢量孤子及矢量孤子簇。矢量孤子簇表现出来的动力学特点与抽运功率与偏振设置有关。抽运功率越高，由矢量孤子裂变所形成的矢量孤子簇对数越多。而且，孤子簇脉冲序列在时域上显示出强度周期调制现象。实验中观察到强度周期调制的4阶和7阶脉冲矢量孤子簇。结果表明，强度周期调制的矢量孤子簇输出是非线性偏振旋转锁模光纤激光器偏振调制的本征属性，孤子簇周期强度调制现象归因于腔内偏振相关隔离器对孤子簇的周期偏振调制的结果。

为了克服传统强脉冲光治疗机中电源系统的不足，采用单片机控制IGBT的开通与关断时间，以实现高速可控的充电过程，设计了基于IGBT斩波电路的“母子”式电容充电电源。结果表明，该电源电路安全可靠，在工作电压150V的情况下，可以实现大于2kW的电功率输出，并且输出能量均匀平稳，可以作为强脉冲光治疗机的电源系统。

为了研究1维平板掺杂光子晶体中电磁波的模式及其缺陷模特性，推导出1维平板掺杂光子晶体中电磁波的各个模式满足的条件，利用特征矩阵法计算出TE波和TM波各模式的缺陷模随模式量子数和平板厚度的变化规律，得出了一些不同于1维非受限掺杂光子晶体缺陷模的新特征。结果表明，电磁波的模式由模式量子数确定，缺陷模与模式量子数和平板厚度有关。

为了把高功率的半导体激光器抽运光耦合入直径只有数百微米的双包层光纤内包层，以获得高的抽运功率，同时简化端面抛磨式熔接型侧面耦合器复杂的光纤处理工艺，提出了一种基于CO2激光熔接的双包层光纤侧面抽运耦合器的新方法，并进行了实验验证，介绍了试验装置和制作过程，制作了内包层直径为125μm非掺杂双包层光纤与105μm/125μm多模光纤的侧面耦合器，得到了82%的耦合效率测试结果。结果表明，所研制的熔接型侧面耦合器在侧面抽运的高功率双包层光纤激光器中具有很好的应用前景。

为了研究纳米晶ZrO2-Al2O3∶Dy3+的晶相变化、发光特性及ZrO2-Al2O3与Dy3+之间是否有能量传递，采用化学共沉淀法制备了纳米晶ZrO2-Al2O3∶Dy3+复合粉体。用X射线衍射图对粉体进行表征。随着煅烧温度的增加，粉末的晶相发生变化。通过对粉体晶相的分析可知，ZrO2和Al2O3在1100℃至1200℃时固溶，在1300℃时有一小部分固溶。用353nm的波长激发基质，从发射光谱中看到Dy3+丰富的发射能级，其发射光谱的主发射峰在483nm和583nm处，以483nm为激发波长得到激发光谱。结果表明，由于激发光谱中包含了来自于对基质的吸收，基质ZrO2-Al2O3和Dy3+之间存在能量传递。

为了对后向抽运分布式宽带光纤喇曼放大器的特性进行实验研究，采用多波长1426nm，1440nm，1460nm，1475nm和1495nm的半导体激光器作为抽运源，实现了C+L波段近80nm带宽的信号光放大，获得了比较好的平坦增益、偏振相关增益，系统平均开关增益为10.7dB，增益平坦度为1.5dB,最大噪声指数为-1.96dB，偏振相关增益小于0.4dB。结果表明，光纤喇曼放大器的抽运源波长、功率选择比较合理，系统所有技术指标均满足光纤通信使用要求。这一结果将对通信产业化发展有着重要的指导作用。

为了满足光通信技术发展对光放大器材料的带宽要求，采用固相法制备了掺铒碲钨酸盐玻璃，研究了其光谱性质和热稳定性。用Judd-Ofelt理论计算了光谱的强度参量，根据McCumber理论计算了受激发射截面,其最大受激发射截面为1.85×10-20cm2，荧光半峰全宽最大值为104nm；用差热法分析了玻璃的热稳定性，析晶温度和转变温度之差最大值为131℃。结果表明，掺铒碲钨酸盐玻璃是一种良好的宽带放大器材料。

为了解决激光驾束制导中发动机烟雾对制导激光场信号的衰减问题，采用van de Hulst近似计算方法，模拟研究了烟雾对1.06μm，1.55μm，10.6μm波长的激光在不同复折射率参量下的吸收、散射、衰减效应。结果表明，复折射率不变时，烟雾对长波长激光的吸收衰减较小；烟雾对激光的衰减峰值随着折射率虚部的增大而变小；峰值的位置随着激光波长的增加向粒子半径增大的方向移动。该研究结果对激光驾束制导**的研制具有较大的参考价值。

为了提高半导体激光器与光纤的耦合效率和失配容忍度,提出了利用带铲形微透镜的多模光纤与大功率半导体激光器进行耦合的新技术。采用模场匹配的方法, 推导出耦合效率关系。在理论上讨论了耦合时在轴向、倾角的失配容忍度，并在实验中得到了高达78.5%的耦合效率。这一结果对提高铲形光纤的实用性是有帮助的。

为了降低激光灰度图像标记实现复杂度，并获得较快的标记速度和较好的标记质量，采用图像处理中的位平面概念对标记图像进行分层，并用不同的激光能量对图像进行分层标记。通过激光能量的多次叠加得到灰度标记图像。采用该方法在振镜式激光标记机上进行了大量验证实验。结果表明，与传统的激光灰度图像标记方法相比，提出的新方法大大地降低了高质量灰度图像标记的实现难度，同时又保证了标记速度和标记质量。该方法亦可用于彩色图像标记中，对提高激光图像标记水平有重要意义。

为了实现液晶光学器件在高功率固体脉冲激光装置上的应用，采用理论模拟和实验相结合的方法研究了液晶光学器件的激光损伤情况，建立了液晶光学器件激光损伤的物理模型，计算了一定入射激光能量密度下液晶光学器件的温度场分布和损伤情况，测量了液晶光学器件中聚酰亚胺薄膜和液晶材料的激光损伤阈值，得到了液晶光学器件的激光损伤机理和损伤阈值。结果表明，液晶光学器件的激光损伤主要源于组成液晶光学器件的聚酰亚胺薄膜和液晶材料因温度升高导致的破坏，通过液晶光学器件结构的合理设计和物理参量的选择可以提高其抗激光损伤能力。

为了探讨利用有机高分子材料的飞秒激光双光子吸收来引发金属离子还原的可行性，在自行研制的双光子微细加工系统中，采用物质的量的比为1∶1的硝酸银/聚乙烯吡咯烷酮混和凝胶进行还原试验，加工出宽25μm的线条以及4mm×0.4mm的测试导线。由X射线光电子能谱分析可知，加工生成物主要元素是银，通过测试导线电阻，测算其电阻率范围在10-3Ω·m～10-5Ω·m之间。结果表明，用双光子吸收还原金属离子，可以控制反应区域，这对加工导电金属微结构是有帮助的。

为了了解对称双缺陷光子晶体的传输特性，采用传输矩阵法进行了数值模拟研究。当两缺陷层中间的介质层数目大于缺陷两外侧介质层总数时，在禁带中只出现单一的缺陷模，且其透射率随它们的差异的增大而迅速减小；但当中间的介质层数目小于两外侧介质层总数时，在禁带中将会出现两个透射率为1的缺陷模，且两缺陷模的间距随它们的差异的增大而增大。结果表明，缺陷层的位置对缺陷模的影响较大，要使缺陷层中的局域电场得到有效提高，必须使缺陷层靠近光子晶体的正中心。

为了对二值图像的内容进行保密，针对以往二值图像加密技术的缺陷，提出了一种基于干涉的二值图像逻辑运算加密技术。加密时，先选择一幅携带一定信息的二值图像作为加密后图像；然后根据被加密图像、加密后图像和解密密匙的逻辑关系在计算机中求出解密匙；最后利用光的干涉原理对图像进行解密。结果表明，该方法加密方便，解密系统设置简单，不需要精确对准，而且能够实现多重认证，安全性能非常高。

为了方便快速地计算像差，采用MATLAB中GUI工具，从球面光路计算的向量公式出发，得到了一计算像差的程序界面，在程序界面输入各个相关参量，点击界面上各种像差菜单就能得到不同视场角在光瞳上不同入射点的各种像差，并可以计算系统的焦距和理想像面的像距以及给出像面的模糊程度(同一物点发出的不同方向光线的聚焦程度)的具体数值。结果表明，该软件程序语言简单，程序语句大大减少，占用机时少，运行结果正确。程序通过编译后可以脱离MATLAB运行环境独立运行。

为了研究激光脉冲波形对其在液体中致声特性的影响，基于激光致声的热膨胀机制机理，采用理论推导和数值仿真的方法，对三角波形激光脉冲激发声波的特性进行了分析。首先阐述了激光与液体媒质通过热膨胀机制作用激发平面光声源的理论；推导了激光脉冲为三角波形时在约束边界和自由边界下产生声脉冲的解析解，并通过仿真得到了声脉冲剖面；然后通过模拟得到了不同边界下激发光声脉冲的波形；最后分别推导了约束边界和自由边界下的光声转换效率，分析了转换效率的影响因素，并对不同边界下的转换效率进行了求解和对比。结果表明，该研究对激光致声技术的工程应用具有理论指导意义。

为了研究熔石英元件体内非吸热性杂质导致损伤和光束质量下降，采用时域有限差分法计算杂质散射光场和分步傅里叶算法计算散射光场非线性传输的方法，得到了半径在入射波长量级的气泡和氧化锆杂质可放大光场振幅约1.6和1.9倍，且经非线性传输光场会分裂，调制会加深的结果。结果表明，元件体内杂质可导致元件后表面的损伤和光束质量的下降。

为了研究在激光驱动的尾场中被加速电子的动能，采用粒子模拟方法,得到了决定电子最大动能的尾场势的最大值和最小值,讨论了等离子体尾波静电势的最大值和最小值及其与激光脉冲长度和强度之间的关系。结果表明，捕获电子最大能量与脉冲激光强度成正比，激光脉冲长度是激光波长的10倍时电子获得的能量最大。

为了研究复合腔抑制超模噪声的问题，基于传输函数法建立了复合腔等效结构模型，从理论上分析了复合腔主动锁模光纤激光器的结构特性，论证了等效复合腔基频与两子腔腔长的关系。在1GHz射频调制频率下，给出了复合腔各参量与超模噪声的关系。结果表明，复合腔可以减小超模数目，超模噪声的抑制与单腔相比并不具有优势。该结果对复合腔主动锁模光纤激光器的实验研究有一定的参考意义。

为了研究了1维掺杂光子晶体宽窄双重滤波器的特性，采用光学传输矩阵方法，计算了双重滤波透射峰的峰值和半峰全宽。当杂质层折射率增加时，窄滤波透射峰峰值保持不变，其半峰全宽逐渐增加，宽滤波透射带中心波长两边的透射率逐渐增加，其半峰全宽逐渐减小；当杂质的消光系数增加时，窄滤波透射峰的峰值迅速减小，宽滤波透射峰的峰值先快速减小随后缓慢减小，两个滤波的半峰全宽都随着消光系数的增加而增大。结果表明，在设计宽窄双重滤波器时，可根据不同的要求选取不同材料的杂质层，同时还必须考虑杂质吸收这一重要因素。