248 nm放电抽运KrF准分子激光器在微电子学和医学等领域有重要的应用价值。在大多数应用中，激光器的最大输出效率和能量都是十分重要的参数。为了提高激光器输出效率和能量，实现KrF准分子激光器的稳定放电，采用新型开关电源和结构紧凑的张氏电极，并通过优化储能/放电电容比例和工作气体配比等方法，研制出了一台小型高效率放电抽运KrF准分子激光器。研究了开关电源对充放电特性的影响，以及气体配比对激光输出效率和能量的影响。该激光器的各项参数相比以往的产品有了较大改善，可重复频率为1~80 Hz，输出效率最高达2.5%，最大单脉冲输出能量380 mJ；当工作电压高于25 kV时，激光输出能量不稳定度约为1.8%。

从M2因子、远场发散角、近场及远场光强分布等方面对大功率底发射半导体激光器光束质量进行研究，分析了不同器件参数对光束质量的影响，为寻找有效改善光束质量的方法提供了依据。设计了一种具有新型排列方式的垂直腔面发射半导体激光（VCSEL）阵列。通过调制阵列中各单元直径以及单元间距， 在4 A的工作电流下得到1 kW/cm2的高功率密度和高斯远场分布。与具有相同出光面积的单管器件和4×4二维阵列比较，新型阵列的光谱特性及光束质量均具有优越性。

飞秒脉冲激光入射光学薄膜形成瞬态光场分布是一个非稳态过程，该过程不同于纳秒脉冲或连续波入射的情形，不能直接采用求解薄膜特征矩阵的方法进行处理。采用多光束叠加的方法建立了超短脉冲入射单层膜的反射率和内部光强分布的理论模型，并根据ZnS薄膜材料的参数和单层增反膜的特点进行了数值计算。结果表明，对单层增反膜，薄膜反射率与脉宽成正比，并随脉宽增加逐渐趋近于连续波入射时的情形。在同一脉宽下，膜层厚度增加，反射率下降，且反射脉冲形状也发生改变。膜层中的光强分布计算结果也明显不同于连续波辐照情形，且薄膜厚度越大，差异越显著，表现为连续波入射时，膜层内的光强分布呈等振幅的波动，而超短脉冲入射时，波动的振幅逐渐增大，在膜层和玻璃分界处达到最大值。

为了在光参量啁啾脉冲放大系统中获得百飞秒脉冲，需要对注入种子啁啾脉冲进行光谱整形来补偿增益窄化、增益饱和以及自相位调制。利用时域整形的抽运光在参量耦合过程中对注入超高斯啁啾种子光进行任意光谱整形是一种新型的光谱整形方法，与在参量作用之前对种子光的光谱整形进行对比，它不会引入光谱相位调制，而且光谱整形和能量放大可以同时进行，通过数值模拟可知两种方案对于注入抽运光和种子光的稳定性要求基本相同。为了保证参量作用后的信号光的能量抖动优于±5%，对于抽运光来说，其峰值光强变化必须控制在±1%以下，而对于输入的种子光光强可以控制在±3%以下。

新一代高功率固体激光装置前端系统大多采用了先进的全光纤全固化技术路线，为了实现单模光纤系统长期稳定输出，需要对系统中的偏振态有针对性地进行控制。提出一种主动偏振控制实现单模光纤系统低重复频率窄脉冲偏振稳定的方法。利用该技术开发的脉冲稳偏器在重复频率大于100 Hz，脉冲宽度大于1.5 ns的情况下，系统输出稳定性可控制在均方根(RMS)为1%和峰谷值(PV)为7%左右。所开发的脉冲稳偏器成功应用于我国第二代高功率固体激光装置前端系统中，输出稳定性指标优于国家点火装置(NIF)。该技术可广泛应用于窄脉冲和低重复频率系统中实现偏振态的主动控制。

光束上行传输能量耦合效率是中继镜系统的关键因素之一，通过利用随机并行梯度下降算法(SPGD)优化出射光束的相位分布实现接收光场的光束整形，提高系统的能量耦合效率。建立了双望远镜系统模型并计算了0.1～0.5 m双望远镜系统垂直传输10 km和30 km的结果。结果表明，通过整形，中继镜系统的上行传输能量耦合效率得到了有效的提高。

在高能重复频率运转的激光系统中，用作激光隔离、多程放大控制的关键单元普克尔盒遇到了通光口径限制与热效应的双重挑战。采用等离子体电极技术将普克尔盒定标到大口径，通过选择吸收系数小且通光方向薄的KD*P作为电光晶体以减少对激光的吸收，并在此基础上数值分析了等离子体普克尔盒的热效应。提出了端面传导冷却电光晶体的热管理方法，并进行优化设计。数值模拟结果显示，采用单块白宝石传导冷却2块KD*P，普克尔盒的驱动电压可降低至27 kV。在平均功率密度35 W/cm2的激光持续辐照下，端面传导冷却的40 mm×40 mm口径等离子体普克尔盒全口径内最大退偏损耗为0.22%，波前峰谷（PV）值为0.60 λ。

为改善高功率固体激光器的散热性能，以R600a为冷却工质，将制冷系统和喷雾冷却系统相结合，设计了一体化制冷喷雾冷却系统，并进一步研究了热流密度、蒸发压力、喷嘴进口压力对换热性能的影响。实验中在123 W/cm2的热流密度条件下，可保证热沉表面温度低于60 ℃；在喷嘴进口压力350 kPa，蒸发压力185 kPa的条件下换热系数可以达到25000 W/(m2·K)，在热流密度130 W/cm2时，热沉表面温度标准差为2.5 ℃。结果表明，该系统能够获得较低的热沉表面温度、温度分布均匀并且具有较高的换热系数，能够满足高功率固体激光器对散热的需求。

利用非均匀掺杂的设计思想，针对正面抽运、背面冷却的有源反射镜放大器结构中不同激活离子掺杂分布的介质进行了模拟计算，分析并比较了传统均匀掺杂介质与非均匀掺杂放大介质中的温度、温度梯度、应力、应变以及波前畸变的分布。结果表明，与传统均匀掺杂介质相比，非均匀掺杂放大介质内的温度、温度梯度、应力、应变与波前畸变均有明显的降低。模拟结果证明，非均匀掺杂可以改善有源反射镜放大器构型冷却与产热异面的问题，可以有效地提高放大器增益介质热管理性能，为进一步讨论基于非均匀掺杂的放大介质的热管理优化提供了基础。

基于高斯谢尔模型光源模型及柯林斯衍射积分公式，通过近似求解得到了随机电磁光束通过像散光学系统传输后其偏振度保持恒定的充分条件。解析结果及数值模拟仿真结果均显示，当光学系统像散系数足够大且与光源参数存在一定的制约关系时，光束传输后参考平面处偏振度保持恒定并且与光源处初始偏振度相同。该充分条件的成立性不受光学系统元素及传输距离等其他因素的制约，因此具有一定的独立性。该充分条件对于光学系统偏振成像及光路偏振探测等实际应用工程具有潜在的理论参考价值。

为了实现薄壁零件的快速制造，在快速成型设备Dimetal-280上进行了选区激光熔化(SLM)成型工艺实验研究，分析了SLM中不同激光功率、扫描速度、铺粉装置、离焦量和层厚对成型效果的影响，在实验中获得了优化的工艺参数，并成型了变截面的薄壁零件，零件致密度达96.95%。在扫描电镜下观察了零件的表面及侧面，结果表明其层与层之间熔合良好；分析表明成型设备成型零件壁厚的绝对误差极限值在20 μm左右；薄壁零件顶部壁宽为101.3 μm，底部壁宽为142.0 μm，与设计值相差分别为21.3 μm和22.0 μm，与极限值相吻合；拉伸测试表明，抗拉强度范围为465~625 MPa，屈服强度范围为390~515 MPa，延伸率范围为23%~48%。

新型光纤激光器具有光束质量好、电光转换效率高、维护费用低、抽运寿命长、可光纤传输及体积小等显著优势，并且由于波长短，几乎可以被大多数的金属和合金吸收，因此可适用于各种材料的焊接和切割，受到工业界广泛的关注。采用光纤激光与惰性气体保护(MIG)电弧复合热源进行了TC4钛合金的焊接工艺试验，研究了激光引导电弧(LL)和电弧引导激光(AL)两种焊接方向对钛合金焊缝表面成形、横截面形貌、熔深、熔宽和余高的影响。试验结果表明，与AL方向焊接获得的焊缝相比，LL方向焊接获得焊缝的表面成形较好，焊缝的熔宽较宽，但熔深较小，而改变焊接方向对焊缝的余高影响很小。

基于直接激光金属烧结成形技术，以FGH95镍基高温合金粉末为研究对象，讨论了烧结工艺参数对制件微观组织、体积密度及显微硬度的影响。制件微观组织结构由等轴晶和枝状晶组成，在较高的激光功率、较低的扫描速度和较小的扫描间距时，等轴晶数量减少，尺寸增加，而枝状晶数量多且晶粒细微。制件的体积密度随着激光功率的提高而增大，随着扫描速率和扫描间距的增大而减小；随着激光功率和扫描速度的提高，制件的显微硬度呈先降后升趋势；随着扫描间距的增大，制件的显微硬度呈递增趋势，在到达最大值时有明显的回落。采用激光功率为900 W，扫描速度为0.8 m/min，扫描间距为0.6 mm以及粉层厚度为0.9 mm的参数组合，可获得表面平整、体积密度高、晶粒均匀细小和无明显微观缺陷的制件，其显微硬度可达到477 HV。

为了降低激光熔覆过程中熔覆层热应力从而减少裂纹的生成，提出了一种通过改变激光功率密度分布来控制熔覆层裂纹的方法，并用数值模拟的方法对均布及凸字形光斑熔覆过程进行了热力耦合有限元分析。结果表明，用均布光斑熔覆呈现出激光加工典型的快速加热、快速冷却特征，而采用凸字形光斑可在一定程度上起到预热、缓冷的效果，从而降低了熔覆区与非熔覆区的温度梯度，另外，在熔覆效果相当的前提下，其熔覆层热应力也较小，因而可以有效地减小熔覆层的开裂趋势。

粉末材料激光烧结的温度场对工艺参数优化和烧结成形物质量有着直接影响。从瞬时点热源三维传热出发，建立了高斯面热源激光扫描烧结过程的非稳态导热温度场的三维解析模型，利用理论和实验相结合，计算了随温度变化的尼龙粉末的有效导热系数，给出了热扩散率与激光烧结能量的关联表达式，通过温度场的模拟和实验结果的比较，验证了模型求解及参数拟合的有效性。

将线性回归理论应用到光声(PA)图像的分析过程中，构建了多波长组分浓度分布算法，并用计算机模拟和生物组织样品实验来证明该算法能够使PA图像反映更多的生物组织信息。实验中，同一个样品多次成像，只改变激发光波长，其他参数保持不变。实验结果表明，单一波长的PA图像反映的信息与混合物组成成分在该波长处吸收强弱相吻合，当混合物各个组分的吸收差异比较大时，单一波长PA图像不能充分反映混合物中每种组分的分布信息；在此基础上，对不同波长下获得的PA图像用组分浓度分布算法处理之后，图像中各个成分分布的信息明显改善，与实际样品吻合较好。

评估组织表面附着水膜层对激光骨硬组织消融效果的影响。以新鲜离体牛胫骨组织为实验样品，置于速度为12 mm/s的一维电动平移台上，分别在有附着和无附着水膜层情况下使用脉冲CO2激光进行垂直照射，来回扫描5次。激光波长10.64 μm，脉冲频率60 Hz，能量密度范围18～84 J/cm2，光斑直径400 μm，水膜层厚度0.4 mm。辐照后，利用体视显微镜和扫描电镜(SEM)观察消融凹槽表面形貌改变和微结构变化，利用光学相干层析成像(OCT)技术测量消融凹槽深度。结果表明，组织表面附着水膜层可减少激光骨消融过程产生的碳化和热损伤，有利于清洁消融凹槽，且辐射曝光量为50 J/cm2和70 J/cm2时附着水膜层可提高消融速率。

探讨了利用功能近红外光谱（FNIRS）实时在体监测激光诱导肿瘤间质热疗(LITT)进行疗效评估的可行性。实验采用新鲜离体猪肝和肝癌小鼠皮下移植瘤模型，按不同激光功率和加热时间进行LITT毁损热疗，利用FNIRS监测系统同时监测热疗过程中约化散射系数s。结果表明，FNIRS监测系统获取的约化散射系数在LITT热疗过程中呈上升趋势，起始阶段上升较快，达到一定数值后趋于稳定。激光功率越大，s上升越快。组织成分不一样时，约化散射系数的变化趋势一致，曲线形态有所不同。因此，FNIRS可以用于LITT实时在体疗效评估，s可以作为一种新的LITT术中实时在体疗效评估因子，通过监测s的变化将有助于指导临床热疗。

基于忽略相干耦合项的无色散耦合模方程，模拟分析了初始脉冲的啁啾特性及脉冲形状对光克尔脉冲净化器输出脉冲时谱特性及能量透射率等的影响。结果表明，高斯脉冲的时间波形窄化较严重，初始啁啾对时间波形及能量透射率无影响，但对输出光谱影响较大；方波脉冲的时间波形和光谱形状的变化很小，且能量透射率有很大提高。

运用具有三角形孔格子结构的光子晶体光纤(PCF)的近似经验关系与等效折射率模型相结合的方法来研究PCF的非线性。总结更为简捷的经验关系式进行计算，避开复杂的全矢量计算，得到了PCF基模和空间填充基模的有效折射率。利用等效折射率模型，以传统的阶跃光纤等效替代PCF，以光纤的数值孔径作为两个模型的关联点，得到了PCF的有效纤芯面积的简洁表达式。并在此基础上全面讨论了PCF的非线性与其结构参数及材料参数之间的关系，得到了与实际材料非线性相吻合的结论。

在160 Gb/s 100 km光时分复用（OTDM）通信系统中，色散是影响系统性能的主要因素。为减小由此带来的信号波形的失真，进行了理论分析与研究，并做了相应的实验加以验证。传输链路采用混合补偿方式，精确补偿色散与色散斜率，优化传输链路色散图谱及各点工作功率，有效抑制非线性效应，实现高精度色散管理，提升系统的整体性能。使用500 GHz高速示波器，调整传输链路光纤的长度精确到10 m，并准确观测各环节实验结果。系统既没有使用前向纠错技术，也没有进行偏振模色散（PMD）补偿，仅仅通过高精度色散管理实现了160 Gb/s光时分复用信号100.25 km稳定无误码（误码率小于10-12）传输。

对采用光纤布拉格光栅(FBG)传感器网络监测某飞机机翼盒段外加载荷位置信息进行了研究。研究了FBG传感器网络中传感器失效对外加载荷位置识别精度的影响程度；针对传统FBG传感器网络拓扑结构可靠性低的缺点，引入光开关，设计了一种具有更高可靠性的传感器网络拓扑结构，并对这两种网络结构的可靠性进行了研究。结果表明，新传感器网络的可靠性明显高于传统传感器网络的可靠性。单个传感器的失效概率不同，两种传感器网络可靠性差别也不同；当单个元器件的失效概率在0.001~0.01之间变动时，若系统允许外加载荷位置识别误差在5 mm内，则新传感器网络的失效率降为传统网络失效率的50%；若系统允许外加载荷位置识别误差在10 mm内，则新传感器网络的失效率至少降低为传统网络失效率的12.5%。

基于一维光子晶体理论，提出了一种级联薄膜玻璃腔结构的平顶偏振滤波器。给出了具体的设计实例，透射窗口处P偏振光的透射率的最小值大于99.6%，S偏振光的透射率最大在0.1%左右，且P偏振光的各透射窗口的中心频率符合国际电信联盟(ITU)标准。在此基础上，系统研究了该结构各介质膜层参数（包括固体介质腔）以及入射角对透射谱性能，如矩形度、占空比和频率间隔等的影响。该滤波器不但结构简单，易于实现，且在高透射P偏振光的同时能很好地截止S偏振光，在波分复用系统中有一定的应用价值。

提出了一种基于锁模脉冲源和高速光开关的时分抽样模数(A/D)转换系统。使用高重复频率、窄脉宽的锁模脉冲串对射频信号进行抽样，利用高速光开关进行时分复用，将高采样率的信号转换为并行的多路低采样率信号，以适应现有的电模数转换器进行量化和编码，并且通过改变光开关的频率，可以灵活地改变解复用后每路信号的频率。系统的优点在于可扩展性高，只需一个锁模脉冲源。使用10 GHz重复频率的锁模脉冲和1.25 GHz的高速光开关验证了系统方案的可行性。利用实验中得到的采样点可以较好地恢复出时域信号，并且得到了各个频率的频谱图。其信噪比可达32.02 dB，等效于5.03 bit的有效比特数。

基于光波时空二元性理论，研究了时间透镜和光脉冲在色散介质中传输的原理，提出了一种利用光脉冲频谱包络来传输光信号的方法：利用光脉冲的频谱包络在色散介质中保持不变的原理，在发射端用基于时间透镜的全光傅里叶逆变换器件将光脉冲的频谱包络转换到时域进行表示，从而得到新的传输符号；在接收端用基于时间透镜的全光傅里叶变换器件将原始光脉冲序列恢复。该传输系统可以消除色度色散、偏振模色散、时间抖动等线性畸变对光脉冲的影响。给出了全光傅里叶变换/逆变换器件的具体实现方法和10 Gb/s-200 km无预啁啾、无任何色散补偿的传输实验，验证了该方案的正确性与可行性，为高速光纤通信提供了一种新的方案。

气体传感理论和实验研究已成为当今光纤传感领域的热点之一。波长调制法和有源内腔法是提高气体传感灵敏度的两种有效方式。结合上述两种气体传感方法，构建一个基于波长调制技术的内腔式气体传感系统。讨论气体吸收光谱二次谐波分量与气体浓度之间的函数关系，从理论和实验两方面确定系统的最佳参数。利用提取多条吸收谱线的二次谐波分量，采用平均算法进一步提高系统灵敏度，进行乙炔气体传感的灵敏度可达7.5×10-5。以光纤光栅作为波长参考，建立系统的波长电压响应曲线，进而检测气体的吸收波长值。进行乙炔气体传感时吸收波长检测的绝对误差不超过0.445 nm。

利用数值方法求解了广义非线性薛定谔方程，分析了中红外超连续谱在两级光纤中的产生机制。模拟结果表明，自相位调制、受激拉曼散射和色散波放大使频谱在带两个零色散波长的高非线性SF57光子晶体光纤（PCF）中得到了极大的展宽。在较短的SF57-PCF中，获得了3 dB功率谱覆盖范围为1800~3500 nm的高带宽、平坦度好的中红外超连续谱。而且，超连续谱的长波长边沿随着抽运脉冲峰值功率的增大而进一步展宽。

采用共沉淀法合成钇铝石榴石(YAG)纳米粉体，经干压成型后进行宽带激光烧结，获得YAG透明陶瓷。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对YAG粉体及陶瓷进行表征，研究结果表明，前驱体经1100 ℃焙烧2 h后获得了纯相YAG粉体，粉体近似球形，平均颗粒尺寸约为50 nm；宽带激光烧结后可得到相对密度为99%的YAG透明陶瓷，在可见光区域最大透射率达到32%。

在室温条件下，利用KrF准分子激光辐照技术，实现了超疏水性聚偏氟乙烯高分子材料的快速制备,最快制备时间为10 s。实验结果表明，在改性后的材料表面上，与水静态接触角由原来的53°增加到170°左右。采用原子力显微镜和X射线光电子能谱等检测手段对辐照后的材料表面进行了微观形貌和化学结构分析，结果表明激光辐照区域产生了具有极规整三维网络结构的改性层，并且C-CF2和C-F两种化学基团取代了原有的化学结构CH2和CF2成为该改性层的主体。表面的粗糙化与低表面能化学基团的共同作用，使改性后的聚偏氟乙烯表面有效地产生了较强的超疏水性能。

采用管棒堆积法制作了芯径为25 μm的Nd离子掺杂磷酸盐玻璃实芯光子晶体光纤（PCF），并测定了它的光学性能。用808 nm半导体激光端面抽运50 cm长的PCF。结果显示，与同组成的玻璃细棒相比，PCF在1060 nm附近的自发辐射放大（ASE）较强，而900 nm和1330 nm发光峰被抑制，同时1060 nm峰的线宽变窄。 PCF在1060 nm的传输为单模，传输损耗为9.1 dB/m, 这种PCF在光纤激光器领域有着潜在的应用前景。

光子晶体光纤(PCF)和普通光纤的熔接损耗主要来源于两光纤模场直径(MFD)的失配。提出了一种小芯径光子晶体光纤和大模场直径普通光纤低损耗熔接的方法。利用熔融拉锥机加热光子晶体光纤来精确控制光子晶体光纤的空气孔塌缩，以增加光子晶体光纤的模场直径，从而降低其与大模场直径普通光纤的熔接损耗。实现了模场直径为3.94 μm的光子晶体光纤和模场直径为10.4 μm普通光纤的低损耗熔接，最低损耗小于0.2 dB。

利用可见激光诱导化学沉积方法在玻璃基底上制备纳米银薄膜和微结构。玻璃样品池中装满柠檬酸钠和硝酸银的混合透明溶液，当一束可见连续激光正入射样品池一段时间后，在辐照区域的玻璃内壁上便可以形成一层光亮的银膜。银膜沉积的速度受到激光功率密度、激光波长、辐照时间以及混合溶液的浓度等条件的影响。利用X射线衍射、原子力显微镜和拉曼光谱仪等手段对制备的薄膜的成分、表面形貌和拉曼活性等性质进行了表征和分析。利用此方法制备的银膜具有良好的表面增强拉曼散射活性。同时，利用双光束干涉的方法在玻璃基底上诱导出不同周期的银纳米颗粒光栅。

用直流磁控溅射法在190 ℃玻璃基底上制备了氧化铟锡（ITO）薄膜,利用荧光分光光度计研究了ITO薄膜的光致发光性能。结果表明,室温下ITO薄膜在波长250 nm光源的激发下，分别在467 nm和751 nm处观察到了发光强度较强的蓝光宽带和强度较弱的红光带。上述发光峰的出现分别和ITO薄膜中的氧空位、铟空位等缺陷在禁带中形成的能级有关，其中氧空位形成的施主能级位于导带下1.2 eV处，而铟空位形成的受主能级位于价带下1.65 eV处。

用离子束溅射的方法在红外石英玻璃基底上制备了Ta2O5/SiO2（1.064 μm波长下高透，2.128 μm波长下高反）波长分离膜，利用飞秒激光系统（输出波长为2 μm，脉宽为80 fs）测试了它的激光损伤情况，同时用光学显微镜和扫描电镜观察了样品的损伤形貌，根据不同能量作用下破斑面积与能量密度的关系拟合得到样品的损伤阈值。实验结果表明，2 μm飞秒激光作用在波长分离膜的损伤形貌为层状分布，破斑边缘比较清晰，没有热扩散和热传导现象，属于本征损伤。利用基于导带电子数密度的理论模型，并结合电场分布与带隙理论讨论了2 μm飞秒激光作用于光学薄膜的损伤机制，确定了损伤起源于高低折射率界面处的窄带隙材料。

国家973计划(2009CB320300)和中国科学院计划择优支持项目资助课题。

偏振正交误差是影响四通道时分复用大气偏振检测系统精度的主要因素。通过建立检偏器阵列偏振正交误差对偏振光导航系统定位精度的影响模型，分析了该误差对大气偏振测量精度与导航定位精度的影响，并进行了实验验证。理论与实验结果表明，降低检偏器阵列偏振正交误差，可以显著提高系统大气偏振测量精度与导航定位精度。当检偏器阵列偏振正交误差无法消除时，调整定位初始角可以明显提高系统测量精度与导航定位精度。

低相干光干涉法通过测量宽谱光通过待测器件之后的相位变化得到其相对延时量。采集宽谱光时域干涉数据，利用傅里叶变换提取出频域相位信息后再进行相位展开、多项式拟合处理，所得相位曲线对频率求导可得待测延时曲线。延时测量误差来源于干涉信号强度误差和纯相位误差。理论分析和仿真计算表明，延时误差与相位误差成正比；强度噪声引起的相位误差与噪声强度成正比，且该类噪声可通过曲线拟合算法得到有效抑制。实验表明，温度等环境因素引起的纯相位误差是延时测量误差的主要因素。实验上，对约19 m光子晶体光纤于1540~1560 nm波段的相对延时进行了测量，达到了0.14 ps的精度。

分析了根据激光场强度相对分布计算激光束横模结构的方法，根据分析结果设计了利用光场分布测量激光束横模结构的实验方法。对所设计的方法进行了仿真验证，同时通过具体实验，对一款调Q激光二极管抽运固体激光器(DPL)的激光束横模结构进行了测量。实验中，在不知道谐振腔参数的情况下，根据设计的方法测量了激光束的各阶横模比例。以测量出的横模比例为基础，理论上重构出激光束，该光束和实际光束的空间传输过程基本吻合。

火灾烟颗粒粒径分布的反演是一个典型的病态问题，容易因为陷入局部最小值而丢失全局最优解。在详细分析了随机噪声对烟颗粒群光散射Mueller矩阵元随角度分布的影响之后，采用全局搜索能力很强的模拟退火算法，实现了对球形模型下单分散系和对数正态分布系的粒径反演，在有相对强度为信号最大值3%的随机噪声干扰下，反演结果的误差都小于0.3%。然后使用该反演程序对烟颗粒分形凝团的散射光数据进行反演，得出了不同分形维数的火灾烟颗粒分形凝团在球形模型下的光学等效半径，并且火灾烟颗粒分形凝团的回转半径与光学等效半径之间具有近似线性关系。

激光雷达和CCD摄像机各自都具有快速获取物体空间信息的能力，广泛应用在真实场景的三维建模中。激光雷达与CCD摄像机数据融合面临的首要问题是二者之间坐标系的标定，针对脉冲激光雷达和CCD的特点设计了一种三维标定靶，提出了一种改进的外部标定算法，利用主成分分析法拟合平面，提高了标定精度。将激光雷达和CCD标定算法运用在物体三维建模中，研究了基于外部标定算法的三维重建和纹理映射，取得了较好效果。

为了改善现有水下激光距离选通成像建模方法在收发时序和器件特性方面的不足，提出了一种改进的系统模型。该模型以一维(1D)方波信号为研究对象，通过计算该信号的输出信噪比来评价成像系统的性能。模型考虑了水下激光脉冲的时域展宽和增强型电荷耦合装置(ICCD)的增益噪声特性以对现有模型的不足进行改进。通过模拟计算与实际水下激光距离选通成像系统所采集的图像相对比的方法验证了模型正确性，又通过对系统在不同水质下极限探测距离的仿真计算表明距离选通技术对人形暗目标的探测、识别和认清距离达到了9,7.5和7个衰减长度，从而证明了距离选通技术能够有效探测劣质水况下的中小目标。

激光成像跟踪系统是实现空间远距离暗目标跟踪的一种极具潜力的手段，而目标在激光照射下的图像将受到激光散斑的调制作用，影响目标的识别及目标的定向精度。对激光照射下的目标图像的统计特性进行了理论分析，提出了一种对原始图像依次实施灰度线性变换、中值滤波和Lee滤波的组合数值滤波器对图像噪声进行抑制。处理的结果表明，采用上述组合方法，图像的噪声指数可从0.67降至0.22，同时边缘保持度可达0.96，为后续的图像处理提供了必要的条件。

作为光镊技术近年来最重要的发展之一，二维阵列光镊在纳米制造和生物芯片制作中具有广泛的应用前景。衍射光学元件是构成阵列光镊的关键器件之一, 而Gerchberg-Saxton(G-S)算法是设计相位型衍射光学元件的一种常用方法。实现了伪随机编码的G-S算法，并将计算得到的相位分布图输入到液晶空间光调制器上，在透镜的后焦面上得到阵列分布的光点，提出并实验验证了通过振幅调制能够有效减少远场衍射的背景噪声，为将来设计阵列光镊衍射元件提供了可能。

为了进一步诊断反演出基片及光学元件中杂质缺陷的形态和尺寸，应用Bobbert-Vileger(BV)理论建立两种缺陷粒子的复合光散射模型，通过对场进行矢量球谐函数展开，对基片上缺陷粒子的光散射问题展开讨论，对散射场及微分散射截面进行推导求解。同时将数值计算结果退化为球形粒子与采用扩展Mie理论方法所得结果做了比较，二者吻合较好。通过数值计算考察了不同材质下，形变对微分散射截面的影响。结果表明，金属缺陷的散射更易受形变的影响，而介质缺陷受形变的影响很小。当球缺靠近基底的情况下，微分散射截面受散射角的影响较大；球缺背离基底时，几乎和球形粒子散射曲线重合,因此通过对微分散射截面的计算可以定位反演出球缺的位置和材质。

太赫兹(THz)面阵成像具有成像速度快和像素多等特点，因此具有广阔的应用前景。成像系统的光路设计对成像质量具有很大影响。利用Pyrocam Ⅲ热像仪作为面阵探测器，利用相干公司SIFIR-50连续太赫兹激光器作为成像光源，搭建太赫兹面阵实时成像系统，并通过多个离轴抛面镜和聚乙烯透镜对原有成像系统进行改进，以人民币水印、镂空金属板和分辨率板为目标进行实时面阵成像，获得了较为清晰的图像，通过与原有成像结果对比，验证了成像质量的提高，并通过分析成像结果对该成像系统的分辨率进行估计，该成像系统分辨率可以达到0.6 mm。

近年来，可见盲与太阳盲光电探测器在火灾监控、太空通信和导弹尾焰探测等方面的应用引起了越来越多的关注。由于氮化镓(GaN)是直接宽带隙半导体材料，所以成为了在可见区与紫外区的光电器件的首选材料，而p-i-n结构的器件因其响应度高、暗电流低、便于集成等优点倍受人们的青睐。采用金属有机气相外延(MOCVD)法制备了p-i-n结构的GaN紫外光电探测器。在此基础上，采用N2气氛下热退火处理的方法，提高了p型GaN层的载流子浓度，从而降低了器件的暗电流。器件在1 V偏压下，暗电流仅为65 pA。器件在1 V偏压下的最大响应度值出现在361 nm处，大小为0.92 A/W。