为了研究不同脉宽情况的线性啁啾脉冲高斯光束在传播方向和横截面内的载波相位变化分布，采用数值研究方法，对载波相位在传播过程中的变化进行了研究。由数值研究可知，在传播方向上，不同脉宽的脉冲光束，从负无穷远到正无穷远将经历π相位变化，并在正无穷远处渐尽于-π/2；在传播距离越远的平面，其载波相位变化量越小，且其变化量为0的位置r越小。结果表明，载波位相变化的特点主要由波前和相位曲率半径的关系决定。

为了增加激光诱导放电坑强化层深度，同时考虑降低由于表面严重气化导致能量的损耗，研究了激光诱导组合脉冲放电的技术。采用多激光诱导放电的方法，通过在脉冲放电过程中增加脉冲激光个数，来增强通道后期激光诱导的能力；采用增加放电脉冲个数的方法，通过控制加工点的温度来控制放电能量的输入方式，减少能量的集中度，来增加强化层深度。结果表明，通过增加诱导激光脉冲个数，放电坑直径从原来的690μm 降为652μm，强化层深度从85μm增加到100μm，通过将1个单脉冲改为一定间隔的3个子脉冲，放电坑直径降为653μm，强化层深度增加到92μm。该方案适合机械部件的表面强化加工。

海水的温度、深度是其重要的物理参量，为了更安全、准确地监测海水的温度和深度，针对目前海洋温度和深度检测大都采用电信号检测，探头在水中安全性欠佳的不足，利用光纤光栅传感探头为全光学器件、水中安全可靠、易于组成传感器网络进行剖面检测的优点，提出一种基于光纤光栅的海水温度、深度检测系统，阐述了其检测原理，进行了系统及传感探头的设计和研制。结果表明，传感器温度和深度检测的线性度很好，达到0.9999,为海水温度深度检测提供了一种新途径。

为了解决激光直接制造金属零件中同轴送粉喷嘴气体保护效果不佳的问题，采用烟雾流动显示技术对喷嘴保护气体流场进行了研究。系统研究了喷嘴保护气流速率、喷嘴出口距零件表面距离、喷嘴移动速率和侧风速率对气体保护效果的影响。结果表明，随着喷嘴保护气流速率的增加，保护范围先增加后减小；随着侧风速率和喷嘴移动速率的增大，气流轴线偏离喷嘴轴线距离增大；当侧风速率超过喷嘴气流速率50%，距喷嘴出口10mm处，气流完全偏离喷嘴轴线，完全失去对金属熔池的保护。这一结果为选择合适的喷嘴气流参量提供了依据。

为实现复杂曲面有色金属高功率激光拼焊过程中3维拼缝的精确跟踪，采用拼缝实时测量并进行拼缝形变动态补偿的方法，开展了基于7轴联动的3维拼缝焊接-测量一体化控制算法和关键技术的研究，包括运动控制数学模型、焊接与测量路径规划、焊接过程的实时检测与动态补偿等，并用4kW光纤激光器进行了厚度3mm以下有色金属焊接试验，验证了所提出的算法。结果表明，研究的3维拼缝焊接-测量一体化控制系统能够快速、准确地实现3维拼缝的实时焊接与动态补偿，满足3维焊接的跟踪控制精度要求。

为了研究Fe基、Cr3C2/Fe复合涂层的显微组织、抗高温氧化性能，以及Cr3C2/Fe复合涂层相结构演化规律，采用5kW CO2激光器在与Fe基合金成分相近的Q235钢表面熔覆Fe基合金涂层及Cr3C2/Fe基合金复合涂层的方法，进行了理论分析和实验验证，取得了相关试验数据。结果表明，Fe基合金涂层主要组成相为α-Fe，Cr23C6以及体心立方的α-Fe固溶体等；熔覆层主要以亚共晶方式结晶，在初生固溶体间存在层片状的共晶组织。Cr3C2/Fe基合金复合涂层组成为γ-Fe，α-Fe，Cr23C6，Cr3C2以及Cr7C3等。Fe基合金涂层由发达的α-Fe枝晶和其间共晶组织组成，Cr3C2/Fe基合金涂层典型组织为等轴晶以及细小的共晶组织；Cr3C2对熔覆层的组织有显著的改善作用，使其组织细化，促使组织由树枝晶向等轴晶转化；Cr3C2的加入可显著提高Fe基合金涂层的显微硬度、高温抗氧化性等物理性能。这一结果对以后相关的Fe基合金激光熔覆以及激光表面改性研究有一定的帮助。

为了研究激光冲击处理对曲轴连杆轴颈圆角残余应力的影响，采用激光冲击波对曲轴连杆轴颈圆角进行了强化处理，通过X射线衍射法测试了圆角处残余应力的分布规律，对其产生机理进行了分析，研究了激光冲击处理对抗疲劳和磨损性能的影响。结果表明，激光冲击处理后曲轴圆角表面硬度达到了600HV以上，冲击区表层残余压应力达到320MPa。这有利于提高曲轴的磨损性能和疲劳寿命。

为了标定相位测量轮廓术系统中相位-高度映射关系，引入了虚拟标准平面。基于投影是摄像的逆过程这一事实，从摄像机模型出发，使用统一的数学模型和平面靶标来标定出摄像机和投影仪的内部、外部参量。再由双目视觉中的立体标定方法得出测量系统的几何结构。最后根据标定得到的参量，在测量体积内设置参考平面并计算得出参考平面及不同高度上平行于参考平面的各标准平面上的相位分布。利用最小二乘法求解相位-高度映射方程系数。实验测量的标准差达到0.046mm。对间距为1.00mm的台阶模型进行测量，实际测得间距为0.99mm。结果表明，该方法可行，简化了相位测量轮廓术系统标定过程。

为了研究脉冲输出波长为1319nm的 Nd∶YAG激光器，通过分析Nd∶YAG激光介质的辐射跃迁能级, 采用镀制高选择性介质膜的方法抑制1064nm等其它波长的起振，最终实现1319nm激光单脉冲输出。实验中采用闪光灯抽运、水冷Nd∶YAG激光器，KD*P调Q，平平腔结构，获得1319nm激光静态输出能量340.9mJ，动态输出76.8mJ，重频1Hz，脉宽17ns，束散角2.7mrad。结果表明，通过镀制高选择性介质膜的方法可以实现1319nm激光调Q脉冲输出。

为了给无线“日盲”紫外光网格网中的接入层和路由层提供更多接入节点的坐标信息，以获得高质量高效率的无线通信效果，采用“三边测量”定位算法在无线“日盲”紫外光网格网中进行节点坐标定位计算，得到了适用于紫外光传输信道下的计算公式，并对此算法进行了仿真。结果表明,当选择合适的收发仰角时，定位误差能够低于0.01km。对于对准精度要求并不苛刻的非视距紫外光通信而言，此算法是可行的。

为了研究入射角对对称膜系薄膜偏光分束镜性能的影响，从等效膜层理论和截止带理论出发，采用图像法分析了分光光谱带宽和透过率随入射角的变化趋势和原因。利用UV3101-PC分光光度计测量了(LHL)^N膜系偏光分束镜在不同入射角下的透射分光光谱，实验结果与理论分析一致。结果表明，分光光谱带宽和入射角存在直接联系，分光光谱带宽随入射角的增大先变宽后变窄，存在一个带宽最大值，以带宽最大值对应的入射角为基点，减小入射角时，分光光谱带宽向长波段漂移并且出现凹陷；增大入射角时，分光光谱向短波段漂移。这些结果对优化对称膜系薄膜偏光分束镜有一定的参考价值。

为了准确计算激光深熔焊接瞬态小孔演化过程中小孔壁面所吸收的激光能量，提出了一种基于Level Set方法和有限差分模型的光线追踪新方法。该方法同时合理考虑了小孔对激光能量的多重反射吸收以及等离子体对激光的逆韧吸收。结果表明，所提出的光线追踪方法可以用来准确计算任意复杂形状小孔壁面的能量密度。

为了得到双光子非相干耦合亮-暗混合屏蔽光伏孤子族的结果，采用数值模拟方法，对稳态情况下多束互不相干的光束，在有外加电场的双光子光伏光折变晶体中的传播进行了研究。结果表明，具有相同偏振和相同波长的多束互不相干的入射光束，可在晶体中形成双光子非相干耦合亮-暗混合屏蔽光伏孤子族。双光子非相干耦合屏蔽光伏孤子族，可以看成是屏蔽孤子族和光伏孤子族的统一形式。当光伏场可忽略时，屏蔽光伏孤子族就转化为屏蔽孤子族，而当外加电场不存在时，屏蔽光伏孤子族相当于开路和闭路条件下的光伏孤子族。当孤子族中只含有两个光束分量时，孤子族就变为屏蔽光伏孤子对。研究结果可为空间光孤子理论的发展提供理论依据。

为了研究适于大功率半导体线激光断面检测系统的图像分割方法，采用几种阈值分割算法对所采集的激光光刀图像进行了处理及分析。通过在室外晴好天气下搭建平台，模拟出线激光投射大视场物体的情形，并用CMOS相机采集一系列图片。针对采集图片用3种不同算法对光刀进行阈值分割，用灰度重心法提取光刀中心位置，并对各算法的优劣进行了比较分析。结果表明,局部最大类间方差法为最佳算法，且在综合考虑信噪比、待测物体特性和线激光自身特性等因素之后，提出该算法在大功率半导体线激光系统下具有一定适用条件。

在激光三角位移测量中，为了减少由被测物体表面的反射特性以及测量环境的光干扰对测量的影响，提高测量精度，提出了一种新的图像传感器成像参量的自适应控制方法。推导了图像传感器的成像参量，详细地分析了这些参量对位移测量精度的影响，在理论分析的基础上提出了该方法，并通过实验的方法加以验证。结果表明，该方法能够根据外界环境变化自适应调整成像参量，有效地减小环境的干扰，提高位移测量的精度。

为了研究激光搭接冲击时残余应力场的特征以及激光冲击参量对搭接区残余应力场的影响，采用高功率钕玻璃激光系统对TC4板进行了激光搭接冲击实验，同时利用有限元软件ANSYS对激光搭接冲击过程进行了模拟，残余应力场的数值模拟结果与实验结果取得较好的一致。结果表明，在不考虑各冲击参量之间交互作用的前提下，搭接区表面残余压应力值和残余压应力场深度随搭接率增加而增加,但达到一定阈值后,残压应力场深度会下降; 搭接区表面残余压应力值和残余应力场深度会随着功率密度的上升而增加;在脉宽小于一定阈值条件下,搭接区表面残余压应力随脉宽增加而增加,超过阀值之后,表面残余压应力减小，但残余压应力层深度一直是随着脉宽的增加而增加。

为了探索157nm深紫外激光对蓝宝石材料的微加工技术，采用157nm激光微加工系统，对蓝宝石基片进行了扫描刻蚀和打孔加工，以研究激光工艺参量与刻蚀深度、表面形貌的关系，分析了157nm深紫外激光对蓝宝石材料的作用机理，并利用扫描刻蚀法在蓝宝石基片上加工了一个2维图形。由实验结果可知，157nm深紫外激光作用于蓝宝石材料是一个光化学作用与光热作用并存的加工过程，适合扫描刻蚀的加工参量为能量密度3.2J/cm2，重复频率10Hz~20Hz，扫描速率0.15mm/min；在能量密度2.5J/cm2下的刻蚀率为0.039μm/pulse。结果表明，通过对激光重复频率和扫描速度的控制可实现蓝宝石材料的精细微加工。

为了研究乙酸-水溶液的分子结构，采用稳态荧光光谱检测方法获得了284nm紫外光照射乙酸-水溶液的荧光光谱及其对应的激发光谱，并测得了10组不同体积分数乙酸-水溶液的荧光光谱。通过分析其激发光谱的谱线特性和荧光峰峰值荧光强度随乙酸-水溶液体积分数的变化关系，从理论上讨论了混合溶液的总吸收度、荧光光子发射以及在发射波长为334nm产生荧光光子的量子产率，进而解释了乙酸水溶液的荧光光谱特征峰。结果表明，乙酸和水溶液体积混合比为1∶1和4∶1时，对应的缔合物的结合常数分别为n=3和n=1。该分析结果可为进一步研究乙酸和水分子的缔合结构提供实验和理论依据。

为了研究面阵CCD和线阵CCD由结构差异所致激光损伤效应的区别，针对这两种类型CCD器件进行了机理分析和对比实验研究。分别测量出波长为532nm的激光对线阵CCD和面阵CCD图像传感器的光饱和串音阈值、所有像素串音阈值和硬损伤阈值。结果表明，面阵CCD的光饱和串音阈值和永久破坏阈值比线阵CCD低，而串音扩散到所有像素的阈值高于后者。反映出线阵CCD由于其1维结构更能抵抗激光的干扰和破坏，而面阵CCD在抵御饱和串音在像素间扩散上比线阵CCD有优势。

为了研究特定气氛下激光辐照对单晶硅表面微结构的影响，采用红外(基频波长1064nm)和紫外(3次谐波波长355nm)YAG纳秒激光脉冲连续辐照方法，分别在SF6、空气、N2和真空环境下对硅表面微结构进行了实验研究。得到红外纳秒激光在SF6和空气中形成的微结构较真空和N2下有更高的纵横比；紫外纳秒激光在SF6和真空中产生的锥形结构比N2和空气中要更为显著，但SF6中形成的微结构上有絮状物的结果。结果表明，激光波长和环境气氛对微结构的形成起着决定性作用，且激光辅助化学刻蚀的效率不同。该结果对深入研究纳秒激光在特定气氛下诱导硅表面微结构是有帮助的。

为了在正交频分复用系统中解决符号间干扰以及子信道干扰导致系统性能下降的问题，采用了一种新的基于变换域插值信道估计的残余消除算法的方法，进行了理论分析和实验验证，取得了科学准确的数据。利用MATLAB模拟仿真的结果表明，在宽带无线局域网中，当循环保护前缀长度不足时,采用该算法经过有限次迭代后，正交频分复用系统性能得到明显的改善，同时降低了计算的难度。这一结果对光通信技术的研究是有帮助的。

为了获得较大的完全带隙，采用平面波展开法对2维光子晶体的带隙结构进行计算,通过栅格结构连接方形硅介质柱对正方晶格的带隙结构进行优化。在适当调整介质柱宽度和栅格宽度后，所构成的复式结构获得了较大的完全带隙。结果表明,在正方晶格结构的情况下，只有方形硅介质柱且其宽度为0.5a(a为晶格常数)时，仅存在TE模的带隙；只有同周期硅介质栅格结构且栅格宽度为0.22a时，仅存在TM模的带隙；复式结构的情况下，适当调整介质柱宽度w和栅格宽度d，在w=0.5a和d=0.05a时，可以获得较大的完全带隙，其宽度为0.0417ωe(ωe为中心频率)；在w不变时，随着d的变化，在0.04a~0.11a出现完全带隙；在d不变时，随着w的变化，在0.42a~0.76a出现完全带隙；在4~36的范围内调整介电常数，在8.41~36之间能够出现不同宽度的完全带隙。这些结果对2维光子晶体的制作和应用是很有帮助的。

为了设计参量更加优良的干涉滤光片，在光子晶体基础上，利用遗传算法设计了窄带滤光片、宽带阻滤光片、宽带通滤光片。进行了总结并对需待完善的地方进行了说明。所设计干涉滤光片可以根据给定材料的折射率，计算出此滤光片的最优化透射率。结果表明，如果评价函数对膜系结构的微小变化敏感，用遗传算法对膜系的优化能获得好的结果和较高的效率。

介绍了经典双光栅测量系统、非对称双级闪耀光栅测量系统、单光栅测量系统、基于2次莫尔条纹的光栅测量系统、同心圆光栅2维位移测量系统、2维光栅位移测量系统的测量原理，阐述了各系统的关键问题及不足之处。同时结合双频激光干涉仪外差干涉思想，在单光栅测量系统的基础上，提出了双波长单光栅式纳米级位移测量方法，并通过分析系统特点指出该方法能实现大量程测量、获得纳米级的精度和分辨力。在对各种测量方法进行综合比较之后，总结了光栅测量的关键问题，并展望了光栅干涉位移测量的未来发展方向。

介绍了适用于金属微构件处理的激光微喷丸技术，通过控制工艺参量和合理的路径规划，在试件表面产生有益的残余压应力分布，能有效提高工件的抗疲劳和磨损性能。概述了微喷丸技术的研究现状，总结了激光微喷丸的机理、关键技术和影响因素，分析了激光微喷丸研究中存在的问题，为今后激光微喷丸技术的进一步研究提供指导。

为了研究应力对薄膜偏振分束镜性能的影响和减少应力的方法，通过在镀制分光膜之前预镀Al2O3过渡层，镀制过程中提高真空度、升高基底温度、减慢薄膜沉积速率，以及封装过程中采用光学光敏胶紫外光照射快速凝固法来减少薄膜应力。利用CCD采集了工艺改进前后薄膜偏振分束镜反射光和透射光的光斑图像，利用消光比测试系统测量了工艺改进前后薄膜偏振分束镜反射光和透射光的消光比。结果表明,改进工艺后反射光和透射光的光斑能量更加集中，散斑现象变小；反射光和透射光的消光比特性明显提高。由此可见，通过改进镀制工艺和封装工艺可以使薄膜偏振分束镜的指标达到使用要求。

为了减小陀螺输出数据的时延，以满足机械抖动激光陀螺在快速跟踪中的应用，基于递归最小二乘(RLS)自适应滤波技术实现了激光陀螺抖动信号的剥除。首先对RLS自适应对消去抖算法进行了理论分析，其次通过通用串行总线接口将A/D采集的抖动反馈信号和激光陀螺计数脉冲信号传至上位机，最后基于MATLAB编写了RLS自适应程序，实现了激光陀螺抖动信号的剥除。剥除后的陀螺信号再经过11阶的有限脉冲响应滤波器和陀螺输出直接经过31阶的滤波器剩余的脉冲数基本相当，而时间延迟却明显减小。结果表明，该算法具有较快的收敛速度且能够有效去除激光陀螺计数脉冲中的抖动成分。

为了研究消逝波在常规介质构成的无缺陷的1维光子晶体中的传输特性，采用特征矩阵法进行数值计算。得到在入射角大于全反射临界角时，在很宽的禁带背景中, 透射谱存在一系列通带的结果。 每个通带由分离的透射峰组成；电磁波是以微腔共振模通过消逝波耦合的方式传播。结果表明，利用消逝波的这种传输特性，可以设计高Q值多通道滤波器。

为了研究一种精确测量公路机动车行驶速度的新方法，避免交通管理部门对机动车驾驶员的错罚和漏罚，以AT89S52为控制核心、以激光二极管为传感器，设计了一套测速系统。经过现场对比实验和理论误差分析，得到了其测速相对误差达到0.1%数量级的结果。结果表明，这将为交通管理部门提供一种新的、精确的公路机动车现场测速装置，也可为雷达测速仪和反射式激光测速试验装置等现场测速仪器提供一种精确的校准装置。

为了实现水下激光距离选通成像系统中激光脉冲与像增强型CCD之间的高精度同步控制，提高图像分辨率，提出了一种基于现场可编程门阵列水下激光成像系统的同步控制器。控制器利用现场可编程门阵列的高集成度和灵活性，用锁相环作为全局时钟，用进位链作延时单元，使门控脉冲的延时和门宽精度达亚纳秒级，解决了常规控制电路由于分离元件所带来的延时精度低，不稳定的问题。结果表明,这种同步控制器可解决门控成像系统的精确定时问题，能满足稳定、实时应用的要求。

为了研究适合制作大面积波导的CO2激光直写制作聚酰亚胺多模波导技术，采用理论模拟和工艺研究的方法，通过建立激光加工模型，得到了激光扫描线的温度分布与加工参量的关系，提出了增加波导侧面陡直性的方法；通过对实验结果的分析，研究了加工参量对波导材料性能、波导结构和表面粗糙度的影响。结果表明，控制激光功率密度、直写速率和光阑位置可以控制波导的宽度、侧面陡直性和表面粗糙度。

为了降低光波导中的弯曲损耗，从理论上分析了光波导的弯曲损耗、过渡损耗产生的根源，并以此为依据推导出符合弯曲、过渡低损耗的5次，6次，7次，8次和9次幂函数表达式。由MATLAB和MAPLE工具软件计算可知，9次幂函数的图形曲线最圆滑，当取h=125μm，L=800μm(高分支比)时其弯曲损耗可以减小到4.57dB，与传统常用的余弦函数和反正弦函数进行比较，在相同条件下弯曲损耗有了明显的降低。结果表明，所设计的1×4光功分器优化路线，传输性能优良，分配均匀。这为以后Y分支光波导的制作有很好的指导意义。

为了研究不同激光功率密度下空气中冲击波幅值和飞行时间分别与工件中冲击波幅值和残余压应力的变化关系，采用工件为45#钢、铝箔为吸收层、水为约束层、声发射传感器和聚偏氟乙烯压电膜传感器同时对空气和工件中的激光诱导等离子体冲击波进行测量。结果表明，随激光功率密度的增加，空气中冲击波飞行时间非线性的减少，空气和工件内冲击波幅值非线性的增加，工件中残余压应力值接近饱和。进行多项式拟合，获得了空气中冲击波幅值与工件内冲击波幅值、空气中冲击波飞行时间与工件内残余压应力的经验公式，为激光冲击强化质量评估提供一定的理论参考。

高功率激光对承力结构的破坏机理研究，可以拓展激光技术的应用范围。为了研究光束强度分布对激光辐照下柱壳热力学行为，采用有限元方法建立充压柱壳的热力学模型，先保持激光辐照总功率相等，将几种典型激光束进行分析比较，并研究了充压柱壳在各种光束辐照下的热力学响应。结果表明，光强分布对圆柱壳的温度、应力以及位移场分布具有重要影响，在不同光强分布的激光束辐照下圆柱壳将具有不同的破坏模式和破坏时刻。

为了研究平顶高斯光束经含失调窄缝光阑的失调光学系统的传输特性，采用广义衍射积分法和用有限个复高斯函数之和来逼近窄缝光阑孔径函数的方法，得出了输出光束场分布的近似解析公式，并针对给定的光学系统和平顶高斯光束进行了分析和数值模拟。结果表明，当光阑半宽度与光束束腰半宽度之比较大时(大于1)，光学系统的失调量比光阑的失调量对输出光束特性影响更显著。这一结果对分析平顶高斯光束传输特性是有帮助的。

为了描述飞秒激光与金属薄膜相互作用过程中的非平衡传热现象，采用有限差分的方法对金属薄膜内的温度场进行了1维数值模拟。对双温模型中电子-晶格耦合系数G、激光脉宽和电子的弹道运动等因素对金属薄膜表层电子和晶格温度的影响进行了理论分析。结果表明，G影响材料表面电子的温升，电子和晶格温度平衡时的延迟时间随着G的增大而减小，二者呈指数变化关系。这一结果对改善半导体元件中薄膜的温升是有帮助的。

为了在微机上快速地计算各类被硬边光澜衍射后的谱强度，采用复高斯函数展开模拟硬边衍射效应，推导出了多色高斯-谢尔模型光束被硬边光阑衍射后谱强度的近似解析表达式，并将所得结果与传统方法(直接对交叉谱密度函数传输公式数值积分)进行了比较。结果表明，所得公式在保证计算精度的前提下，具有大大地节省计算机时的优点，以平顶高斯光束为例，证明所采用方法可同样推广用于其它光束被硬边光阑衍射后谱强度的计算。该方法具有普遍意义。

为了研究目标表面的激光散射特性，利用双向反射分布函数的方法，采用自行设计的双向反射分布函数测量装置对样品表面双向反射分布函数进行了实验测量研究。以BaSO4粉压制板作为漫反射标准板,通过样本比值法进行对比研究，得到了样品在不同粗糙度和不同入射角下反射光的空间分布。结果表明，粗糙度越小，样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越大，镜反射现象越明显；入射角度越小，样品表面镜像反射的双向反射分布函数峰值就越小，呈现出一定的漫反射特征；反之亦然。反映出不同粗糙度表面对激光散射程度不同。