参照国际标准ISO 21254及其规范，组建了一套2 μm 波长脉冲激光损伤阈值测试装置，利用该实验装置并采用R-on-1的测试方法，测量了不同表面光学质量红外非线性晶体磷锗锌的表面激光损伤阈值，同时测量并分析了激光脉冲频率、脉冲宽度等参数对磷锗锌晶体激光损伤阈值的影响，通过测试对该晶体在实际使用中避免激光损伤提供了重要的实验参考。

提出了一种产生长距离、高质量贝塞尔光束的新型光学元件——线性径向梯度折射率透镜(LRGIL)。从几何光学角度和衍射积分理论分析了LRGIL 产生贝塞尔光束的原理，用软件进行模拟，得出LRGIL 具有传统轴棱锥功效的结论。用Math CAD 模拟LRGIL 产生长距离贝塞尔光束，得出变化LRGIL 的厚度和折射率曲线参数容易改变其产生光束的无衍射距离，并得到了无衍射距离大于3 m 的贝塞尔光束。此外，LRGIL 还有诸多优点，如不易损坏，更加灵活等，在实验和生产中拥有极大的开发潜力。

采用蒙特卡罗法建立了各向异性散射介质中高斯脉冲激光的全链路瞬态辐射传输模型，构造并推导了散射方向概率模型及其坐标系变换过程。在此基础上，计算分析了高斯脉冲激光回波特性的时域分布及差异。研究结果表明: 时域回波信号的脉冲增减来自于其他类别信号的转化和自身信号的超前或滞后；随着前向散射的增强，目标回波信号强度增大、峰值时刻前移、时间展宽减弱，散射回波信号响应与其相反且影响程度减弱；目标回波特性与[0°,90°]前向散射区域直接关联，散射回波特性与[90°,180°]后向散射区域直接关联。研究结论可为脉冲激光主动探测系统的性能提升及地物目标的反探测隐身提供理论指导。

Yb:KGW 激光晶体可用半导体抽运获得瓦级输出，这是由于其本身具备宽的增益带宽(24 nm)，大的激光发射截面(2.8×10-20 cm2)，以及良好的热导性能(3.3 W/m·K)。Yb:KGW 调Q 激光器通过透射式新型可饱和吸收材料拓扑绝缘体Bi2Se3实现，获得窄脉宽为1.5 μs, 中心波长1042 nm，对应脉冲能量为4.7 μJ，峰值功率为3.13 W。

报道了基于半导体纳秒调制技术的百瓦级、线性偏振掺铥光纤激光器。该激光器采用调制半导体激光器作为种子源，脉冲宽度为20 ns，重复频率在200 kHz~1 MHz范围内连续可调。当重复频率为200 kHz时，经主功率振荡放大器(MOPA)得到100 W 平均功率输出。最高输出功率时，由于存在增益整形机制，脉冲宽度由20 ns 降低为6 ns。相应的峰值功率达到83 kW，单脉冲能量为0.5 mJ，最高输出功率下系统输出偏振消光比达到17 dB。据本文所知，这是首次报道基于半导体调制技术的百瓦级、纳秒脉宽、线偏振的掺铥光纤激光器。

给出了单轴晶体ooe,oeo,eoo,eeo,eoe,oee 6 种相位匹配方式相位匹配角的解析公式。其中ooe,oeo,eoo 3 种可以计算共线及非共线情况，eeo, eoe, oee 3 种只能计算共线情况，非共线情况需数值求解，给出了数值求解的方法步骤。研究了双轴晶体折射率在主平面时与单轴晶体折射率的对应关系，利用该对应关系，通过替换折射率的方式求解双轴晶体的相位匹配角度。给出了常见晶体的非共线相位匹配角度图，以供科研人员参考。

为了获得适用于非线性差频法产生太赫兹波的双波长半导体激光器，设计并利用普通光刻技术制备了一种双波长高阶光栅分布布拉格反射(DBR)激光器。这种DBR 激光器是在条宽为100 μm 的光波导上，制备了一组周期为9.5 μm，沟槽宽度为1.36 μm，光栅长度为100 μm 的高阶光栅结构，实现高功率连续双波长激射，短波长光模式的边模抑制比大于35 dB，长波长光模式的边模抑制比为39 dB，光谱半峰全宽均为0.04 nm，双波长间隔大于0.58 nm，适用于光混频产生太赫兹波。注入电流1.2 A 时，实现了单边88 mW 的高功率激射。提出了一种可实现高功率双波长激光输出的高阶光栅DBR 激光器结构，为双波长半导体激光器的大规模生产提供了一种新方法。

为提高Monte Carlo激光传输模型中散射过程的处理精度，依据散射相函数的变化特征，提出了相函数分段加权采样方案，验证了其准确性与可行性。采用Monte Carlo方法模拟了在非球形沙尘气溶胶中，1.06 μm红外激光透射率、反射率随传播距离的变化规律，并将Henyey-Greenstein(H-G)相函数采样与相函数均匀采样方案的Monte Carlo模拟结果进行了比较。仿真结果表明；相函数分段加权采样方案可显著降低相函数抽样误差，提高空间散射角抽样精度；与H-G相函数抽样的模拟结果相比，采用H-G相函数模拟的透射率偏低，反射率偏高，且随距离增大，两者结果偏差随之增大。与相函数均匀采样的模拟结果相比，两者计算的透射率偏差值随距离增大而增大，反射率反之。

提出被动风冷的高光束质量、高稳定性半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模1064 nm Nd∶YVO4皮秒振荡器。在对SESAM 被动锁模理论进行理论分析和实验验证的基础上，获得更精确的SESAM 锁模脉宽表达式。测得该振荡器的脉宽为15.5 ps，平均功率为210 mW，重复频率为100 MHz。其光束质量因子M2=1.15，长时间均方根(RMS)功率不稳定性优于1%。整机外形紧凑，尺寸为350 mm×150 mm×50 mm。该激光器能够作为可靠的皮秒种子源用于后续的功率放大并应用于科研和工业等领域。

提出一种可实现大功率输出、重复频率为80 MHz的皮秒锁模振荡器，当抽运功率为22.4 W 时，可实现功率为5.1 W，频谱信噪比大于60 dB，脉冲宽度为23.7 ps 的皮秒脉冲的稳定输出。通过选择合理的半导体可饱和吸收镜(SESAM)参数和合适的腔型，实现SESAM 长期无损伤运转并进行500 h 的实验验证。采用888 nm 激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YVO4 晶体的两级功率放大系统将皮秒锁模振荡器的功率提升至44 W。放大系统的光-光转换效率大于25%，输出光具有良好的光斑模式，光束质量因子M2<1.5。

光伏电池性能对激光无线能量传输系统设计有重要影响。采用940 nm 激光辐照单晶硅光伏电池，研究了光伏电池输出特性随激光强度和电池温度的变化规律。研究结果表明，短路电流随激光功率增加呈现线性增加后饱和的趋势。开路电压和效率与激光功率的关系则呈单峰特性。实验测得光伏电池在293 K 时最大效率为29.49%。在283 K~308 K 范围内，激光功率较低时，短路电流受温度影响较小，基本保持不变。激光功率较大时，短路电流随温度升高而线性下降。开路电压和效率则随温度升高而线性下降，但下降速率随激光强度的变化而变化。同时仿真了光伏电池效率与串联电阻的关系。结果表明，在强激光辐照下，减小串联电阻，降低复合电流的大小是提高单晶硅光伏电池效率的两个重要方面。

给出了利用全光纤环形谐振器实现对激光器频率噪声抑制的原理和实验结果。采用Pound-Drever-Hall 的方法对锁定在铷原子吸收谱线上的激光进行稳频，实现了饱和吸收光谱与光纤环形谐振器双回路锁定。通过外差式马赫-曾德干涉仪来测量锁定后的激光器频率噪声发现，在频率100 Hz 时，光纤环形谐振器对频率噪声的抑制度超过了40 dB。在1 Hz处，稳频激光器的频率噪声小于100 dB Hz2 /Hz ，其抑制度达到60 dB。

基于机械剥离方法，即通过胶带反复剥离高定向热解石墨，制备得到少层石墨烯，并将其作为可饱和吸收体实现了被动谐波锁模掺铒光纤激光器。在抽运功率约135 mW 时，获得了中心波长1568.3 nm，脉冲宽度1.82 ps，3 dB 带宽1.7 nm，重复频率1.646 MHz的基频锁模激光输出。通过增加抽运功率和调节腔内偏振，可以获得谐波锁模，谐波阶数最高达到基频的47 阶(77.36 MHz)。同时，研究了不同阶谐波锁模时，输出功率、脉冲宽度和单脉冲能量的变化。

Ho:YAG 晶体因其优良的机械性能及光谱特性，成为高重频2 μm 激光器的可选晶体之一。为获得高效率、高功率、高重频2 μm Ho:YAG 激光器，分析了单掺Ho3+激光器的发光机理，从速率方程出发建立了高重频Ho:YAG 激光器转换效率的计算模型，利用该模型分析了输出镜透射率、激光模式大小、抽运-激光模式比和离子掺杂浓度等参数对高重频Ho:YAG 激光器转换效率的影响，并提出了参数设计范围，通过实验对理论模拟结果进行了验证。

采用激光合金化技术在38CrMoAl钢表面制备了不同Y2O3质量分数的纳米WC/Co-Y2O3合金化层。采用X 射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机，系统研究了Y2O3含量对合金化层组织和性能的影响。结果表明，不同Y2O3含量的合金化层主要是由马氏体、奥氏体、Fe3W3C和WC相组成。有所不同的是，随着Y2O3含量的增加，组织中Fe3W3C、纳米WC 和奥氏体的相对含量逐渐增加，而马氏体的相对含量则逐渐减少；而当Y2O3质量分数超过1.0%时，纳米WC 的数量开始降低，凝固组织略有粗化。受上述组织变化的影响，合金化层硬度与耐磨性随着Y2O3含量的增加而呈现出先增后降的趋势，即当Y2O3质量分数为1.0%时，合金化层具有最高的硬度和最佳的耐磨性能。

针对大型飞机高强铝合金壁板激光焊接T 型接头结构的角变形缺陷，提出了一种在蒙皮背部添加辅助热源的方法，有效地控制了角变形的产生。并基于有限元软件ABAQUS，开发了一种适用于这种焊接方法的焊接模型，同时考虑材料非线性、几何非线性和移动热源的热-弹-塑性有限元计算方法来模拟焊接过程中的热-力学耦合行为，分析焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形。同时，采用实验方法测量了加入辅助热源前后焊接接头的变形。结果表明，数值计算所得到的挠曲变形、角变形与实验测量结果十分吻合，验证了所开发的有限元计算方法的有效性。

现有激光表面熔覆技术大多只能在水平或小角度倾斜基面上进行，基于“光束中空、光内送粉”技术，解决了喷头空间倾斜送粉过程中粉束汇聚性差的难题，通过控制激光机器人夹持送粉喷头做大角度连续变姿态运动，喷头轴线方向始终与曲面法向重合，实现了在大角度倾斜曲面上激光熔覆均匀涂层。分析了曲面熔池受力情况、不同倾角曲面熔池形状以及扫描路径对熔道成形的影响，通过控制准直气速度使熔道宽度保持稳定，并对不同倾角处曲面熔覆形貌及组织性能进行了详细分析。结果表明，各倾角处曲面熔覆层厚度均匀，截面组织致密，无明显裂纹和气孔，曲面熔覆层与基体结合良好。为实现金属零部件复杂空间曲面修复提供了新方法。

在计算机辅助手术(CAS)中，需对深入病人体内的手术器械进行定位。为避免光学定位(OPT)中视线(LOS)限制的问题，目前多采用磁定位(MT)技术。提出一种新的多磁偶极子模型，旨在克服磁定位系统中，圆柱形永磁体的单磁偶极子近似模型不准确，所导致的定位范围减小、定位精度降低的问题。该模型将圆柱形磁偶极子等效为一组沿磁体轴线排布的多个点磁偶极子，并通过自适应粒子群优化算法(APSO)对定位结果解算。相比于经典模型，该模型能够保证自身在磁体近场区域的有效性。实验表明，较传统方法，位置定位误差可减小15.5%~31.6%，姿态估计误差可减小10.5%~24.4%。

为构建冠心病辅助诊断系统，为冠状动脉病变检测提供冠脉结构参数，提出一种利用冠状动脉血管中心线获取血管腔壁的算法。该算法以基于二阶Hessian 矩阵血管滤波改进的最小代价路径算法获得的血管中心线为跟踪路径，根据中心线的轨迹计算中心线上过每一个体素点的冠状动脉横截面，利用光线投射法获得冠脉横截面上离散的血管腔壁位置，并结合分段样条拟合方法得到血管腔壁轮廓，最终采用移动立方体算法将各个血管横截面上的腔壁轮廓重建为三维腔壁模型。该算法所得结果能够清晰反映血管腔壁轮廓，且具有较高的计算速度。

三维生物打印水凝胶支架内部结构的无损检测分析，对组织工程支架设计制造和生物功能实现具有重要意义。提出用扫频光学相干层析成像技术(SS-OCT)对三维生物打印的水凝胶支架进行无损成像和定量分析。设计和打印了4 种代表性结构的三维水凝胶支架。用高分辨SS-OCT 成像系统重建并揭示了支架内部三维结构，识别出打印支架与设计结构的差异以及孔融合、孔变形、通道堵塞等打印缺陷。基于阈值分割和形态操作的自动分析算法，定量表征了支架的孔隙大小及分布、实体支撑尺寸、孔隙率和三维连通性等结构参数。研究证明，OCT 技术可以为三维生物打印水凝胶支架的优化设计、过程控制、功能分析提供有力工具。

将激光器和脉冲位置调制(PPM)技术作为一个整体分析研究，提出了基于光纤激光器的PPM 特性方面的概念。对脉冲调Q 光纤激光器单脉冲能量、峰值功率、脉冲宽度进行了理论研究，通过仿真得出了脉冲调Q 光纤激光器峰值功率与激光器震荡参数之间的特性曲线，再结合3 种PPM 信号模型分析了光纤激光器的震荡参数N 与3 种PPM 方式的传输速率、所需功率以及所需带宽之间的关系。并通过实验仿真，得出了光纤激光器的抽运功率、初始通过率和腔长对3种PPM 方式的传输速率以及所需带宽的影响。

提出了一种基于荧光强度比值法的光纤温度传感器并通过实验来具体探究其性能。实验中采用塑料光纤来传导激励光，以及接收罗丹明B 和罗丹明110两种荧光物质发出的荧光。由于罗丹明B 对温度敏感而罗丹明110对温度不敏感，因此可通过计算两种物质的荧光强度比来标定温度。为了得到理想的测温性能，进行了大量实验以确定出可用于比值法的最佳荧光光谱范围。该传感器在25~60 ℃的范围内能稳定工作，可获得0.38 ℃的最小均方误差及0.0134 /℃的灵敏度。此外，通过实验证明该传感器对曲率半径大于9 mm 的光纤弯曲不敏感；在现场温度测量方面有较大的应用潜力。

在高功率光纤放大器系统中，受激布里渊散射(SBS)效应由于其较低的阈值特性成为光纤放大器功率提升的首要限制因素。为了提高SBS 阈值，提出了一种基于对入射种子光同时施加相位调制和强度调制抑制SBS 的新方法。建立了光纤激光放大器中的SBS 效应激励模型对该方法进行理论仿真。仿真结果表明，该方法可以在窄线宽激光输出的条件下显著提高光纤激光放大器中的SBS 阈值，在对20 W 入射种子光同时施加100 MHz，10 V 的相位调制和10 MHz，4 ns的强度调制后，放大器输出功率可达1127.4 W，为单频光SBS阈值的18倍。

针对碳纤维复合材料(CFRP)混凝土复合拱裂缝监测问题，尝试了使用裸光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器监控CFRP 混凝土复合拱初始开裂。从力学角度分析并确定粘贴位置，并对点粘和满粘(点粘是指只粘贴栅区两端点，而满粘将胶涂满整个栅区)两种不同粘贴方法开展研究。对比光纤光栅和应变片测量数据，验证光纤光栅测量应变的准确性和稳定性。运用K 值标准差准则，将开裂规律定量化。实验结果表明通过合理布设光纤光栅，可以监测结构的初始开裂，并且光纤光栅和应变片测量数据具有较好的一致性。

磁敏感性是光纤陀螺(FOG)的主要误差源之一，而光纤环是主要的敏感源。在外界磁场作用下，光纤陀螺中会产生一个非互易相位差，影响陀螺的精度。相关实验表明保偏(PM)光纤环中轴向磁敏感性比径向磁敏感性更显著。主要从三个方面研究了轴向磁场对光纤陀螺的影响机理，包括轴向磁场平行分量引起的光纤随机扭转法拉第磁场漂移、光纤几何扭转引起的法拉第非互易相位差以及轴向磁场垂直分量引起的非法拉第非互易相位差。对理论结果进行了仿真分析和实验验证，结果表明：由垂直分量磁场引起的非互易相位差是光纤陀螺轴向磁敏感性的主要原因，其大小与光纤环骨架半径密切相关；骨架半径越小的光纤环，轴向磁敏感性越强。

光学锁相环(OPLL)是相干激光通信系统中的重要组成部分。设计了科斯塔斯数字光学锁相系统，用于星间相干通信中零差接收和多普勒频移跟踪。锁相系统采用可编程逻辑门阵列(FPGA)作为主控单元，本振激光器(LO)采用调制边带注入锁定的可调谐激光器，中心波长为1550 nm，具有窄线宽和快速调谐的优点。与传统锁相环相比，系统具有更快的频率捕获速度，具有更高的稳定性。实验中，能够实现140 MHz 频差范围内的快速锁定，保持锁定时间大于1 h，并能够对20 MHz/s多普勒频移跟踪，为后续星间相干通信实验提供支持。

为了快速评估水下激光通信系统的最大通信距离，提出了一种半解析的方法。对于给定的水下光学信道，仅仅需要进行两次仿真就可以获得系统的最大通信距离。即使系统参数改变，也不再需要进行额外仿真。根据水下光学信道参数，通过简单的数学运算获得了两个参考距离。并针对每个参考距离各进行了一次仿真。最后根据理论分析和仿真结果，推导出了最大通信距离的计算公式。为了验证该计算方法的有效性，将计算结果与实验结果进行了对比。对比结果表明两者吻合得很好，故所提出的半解析方法的有效性得以证实。

针对寻峰算法不能自适应检测光纤布拉格光栅(FBG)多峰值光谱的问题，提出了一种多峰自适应寻峰算法。采用滑动均值滤波法对光谱信号进行去噪预处理，并结合希尔伯特变换对多峰光谱自适应峰值区域分割；分析了谱峰的不对称特性，对单峰光谱采用基于非对称广义高斯模型的峰值修正策略，实现了峰值的精确定位。实验结果表明，与对比算法相比所提算法寻峰精度最高，稳定性最好，检测误差在1 pm 以下，对分布式传感网络中的多峰值检测具有借鉴意义。

提出了利用倍频效应得到双波长抽运三零色散光子晶体光纤(PCF)，产生近红外、中红外波段超连续谱。设计三零色散光子晶体光纤结构，采用分步傅里叶算法数值求解非线性薛定谔方程，模拟双波长抽运三零色散光子晶体光纤产生超连续谱的演化过程，分析了不同光纤长度和脉冲峰值功率对产生的超连续谱的影响。结果表明：当抽运激光脉冲中心波长分别为1 μm和2 μm、脉宽为100 fs、重复频率为200 kHz，传输距离为10 cm、脉冲峰值功率为10 kW时，得到了谱宽为690~3150 nm 的超连续谱，包含了近红外、中红外波段，光谱具有较好的连续性和平坦度。

制备了一系列Dy3+掺杂新型Ga-Sb-S 硫系玻璃，研究了玻璃的热稳定性(玻璃态稳定性)、光学性能、结构和中红外发光性能，通过组分微调改善了玻璃的抗析晶性能，拉制了高光学质量的光纤。结果表明，Dy3+掺杂Ga-Sb-S玻璃具有良好的热稳定性、优异的红外透光性和较低的声子能量，在2.95、3.59、4.17、4.40 μm 附近表现出较强的发光；少量As替代Sb可显著减弱光纤拉制过程中玻璃的析晶倾向，同时未对玻璃的发光产生显著影响。光谱分析结果显示，Dy3+在Ga-Sb-S 玻璃中的2.95 μm 和4.17 μm 荧光量子效率分别为88.1% 和75.9%，对应的受激发射截面分别为1.1×10-20 cm2和0.38×10-20 cm2。较高的量子效率和较大的受激发射截面使得Dy3+掺杂Ga-Sb-S玻璃成为极具潜力的中红外激光增益材料。

采用波长为532 nm 的短脉冲激光(脉宽6 ns)对Y-TZP陶瓷进行铣削实验研究。探究了单次刻蚀槽宽与功率的关系，分析脉冲数与材料阈值的关系，确定材料阈值。并且探究了铣削量及质量随激光工艺参数的变化规律，确定最优工艺参数，进一步进行了脉冲激光铣削微米级二维结构的工艺实验。研究结果表明槽宽的平方与脉冲峰值功率的对数呈线性关系，根据此关系式计算得出光斑半径与实际测量值相符。材料阈值随脉冲数增加而降低，在扫描速度、功率和重复频率的最优匹配下，可实现最大铣削量为1.35 mm3/min。在优化工艺参数下，完成直径500 μm 的盲孔和宽200 μm、高100 μm 的台阶方槽二维结构无裂纹铣削加工，结构边缘无残渣堆积，表面粗糙度为3.746 μm。

采用激光熔覆与等离子喷涂复合技术制备含氟羟基磷灰石(HA)生物陶瓷涂层，用HA、氟化钙(CaF2)、钛(Ti)混合粉末在Ti-6Al-4V 基体上用激光熔覆制备过渡层，其上以HA、CaF2 为原料用等离子喷涂技术制备富含Ca10(PO4)6 Fx (OH)2 -x 的陶瓷层。通过对涂层样品进行拉伸实验、模拟体液(SBF)浸泡的测试并结合X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微和能谱(SEM/EDS)分析，研究了F 含量对涂层物相组成、结合强度、表面形貌、生物活性的影响。结果表明：激光熔覆与等离子喷涂复合技术制备的涂层可以提高结合强度至20.1 MPa，当x=1.5时达到最大值28.4 MPa；随着x 值的不断增大，涂层的结晶度提高、生物活性增强，但是涂层表面的裂纹数量增多。当x=1.0~1.5之间时涂层的综合性能最好。

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法，研究了卤化氢气体(HX，X=F、Cl、Br)在二氧化钛表面吸附和氧空位氧化特性。计算结果显示：1) 含有氧空位表面更容易吸附卤化氢气体，吸附方式为化学吸附，其中HF和HCl被表面氧空位还原，而HBr被表面氧空位氧化，吸附的稳定程度顺序为HF>HBr>HCl；2) 吸附卤化氢气体分子能极大地改善二氧化钛(110)表面的光学特性(包括介电常数、吸收系数和反射率等)，改善能力顺序为HF>HBr>HCl。

材料表面抗反射特性在太阳能利用、传感、隐身、航天、**等领域均具有重要应用价值。基于超快皮秒激光与材料的相互作用，在Cu、Al、Ti、H13钢4种金属材料表面制备出独特的微纳米复合结构，实现从紫外-远红外超宽谱带的高抗反射特性。在Al、Ti、H13钢表面制备出的微纳复合结构使该三种金属在紫外-可见-近红外波段的全反射率分别下降到10%、5%、5%。在Cu表面制备出的覆盖发达纳米颗粒的无序多孔嵌套结构在紫外-可见、紫外-近红外、紫外-中红外、以及紫外-远红外的波谱范围内的平均反射率分别下降到3%、6%、9%和10%左右，具有优异的超宽谱带抗反射特性。探讨了超宽谱带抗反射特性的形成机理及与表面微纳米结构之间的关系。

采用射频磁控溅射法制备氧化钒(VOx)薄膜，研究溅射功率对氧化钒薄膜结构、光学及力学性能的影响。利用表面轮廓仪、X 射线衍射仪、原子力显微镜、分光光度计、椭偏仪及纳米压痕仪分析在不同溅射功率下制备的氧化钒薄膜的沉积速率、物相结构、表面形貌、紫外-近红外光透射率、折射率、吸光度以及硬度和弹性模量。结果表明，各功率参数下沉积的氧化钒薄膜的光透射率基本都大于80%，属于弱吸收透明膜。随溅射功率的增大，薄膜的沉积速率、硬度和可见光范围内的折射率都单调增大，而表面粗糙度则出现先增大后减小的变化。溅射功率对薄膜的晶体结构也有一定的影响。

在气压为1.33×10-4 Pa 和衬底温度为室温条件下，利用飞秒激光剥落石墨的方法在无催化层的硅(Si)衬底上加工碳纳米薄膜；探究了激光能量和沉积时间对碳纳米薄膜成膜情况的影响。通过拉曼光谱对碳纳米薄膜表面物质的组成进行了分析；利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)来显示薄膜的表面结构；实验结果显示，辐照时间对ID/IG 的比值以及碳晶粒的大小都有显著的影响，并且高能量的飞秒激光脉冲能够促进碳晶粒的结晶。同时，在高能量的激光脉冲下沉积碳纳米薄膜，在Si表面发现了特殊图案的碳纳米结构：雪花状，方块状及四角星状。

从麦克斯韦方程和材料密度方程出发，详细推导了受激布里渊增益和损耗同时存在时的矢量模型。推导过程中，从数学表达式上阐述了电致伸缩效应对受激布里渊散射的作用。理论分析发现布里渊增益谱和损耗谱参数(谱宽和频移)并不完全一致。推导出了琼斯空间和斯托克斯空间中的矢量模型，建立了一个较完整的关于受激布里渊散射的基础理论模型，可以为研究基于布里渊散射的偏振效应、偏振牵引和双折射测量提供支持。最后，基于此矢量模型进行仿真分析，得到了平均布里渊增益和双折射大小以及偏振态的关系。

在钢板的生产和使用过程中，钢板厚度的测量极其重要。传统的激光三角法不适合测量粗糙表面物体和多散射介质的厚度。基于硅酸铋光折变晶体搭建了一套自适应的双波混合干涉仪系统，使用该系统精确测量了铝块的厚度。由于光折变效应形成的全息光栅使信号光和参考光发生衍射，解调出超声振动信号。动态全息光栅的形成，能自动滤除环境引起的低频扰动。该系统在厚度测量、粗糙面超声振动测量中具有灵敏度高、调节方便、非接触、价格相对便宜等特点，将来与激光超声技术相结合在内部缺陷检测上有非常广阔的前景。

提出了一种基于金属-绝缘体-金属(MIM)波导结构的双频带表面等离子体(SPs)布拉格反射器。周期性地调节绝缘体层的宽度，在MIM 波导结构中将会形成准周期的SPs布拉格光栅。根据投影理论，在合适的结构参数下，SPs的透过谱中会产生两个禁带，在这两个禁带中SPs的传播是被禁止的。加入适当长度的缺陷层之后，将分别在禁带中产生SPs缺陷模式，其中心波长分别是1310 nm 和1550 nm。当改变缺陷层的长度时，由于SPs的法布里-珀罗共振效应，缺陷模式的中心波长会产生周期性的变化。利用电磁仿真软件Comsol进行数值模拟,得到的结果验证了设计方法的正确性。

采用时域有限差分法(FDTD)对硅基太阳能电池表面抛物锥阵列微结构的反射特性进行研究，分析了抛物锥阵列的高度、底面占空比、周期等参数对其抗反射性能的影响。研究表明，反射率随底面占空比、高度的增大而减小。在锥高600 nm 且抛物锥底面直径等于周期的情况下，锥底面直径分别取128，160，213，256，320 nm 时，微结构在硅的响应光谱300~1200 nm 内均能获得低于3%的反射率；在此基础上提出一种大、小抛物锥相切排列的新型复合结构，将硅的响应光谱波段内的反射率进一步降低至1%以下，为硅基太阳能电池抗反射表面的设计提供了一种新的思路。

针对经典的暗原色理论算法在处理雾天图像时，图像的边缘光晕现象，图像的色度、色调、亮度失真等问题，提出基于全变差(TV)模型的暗原色理论雾天图像增强算法。基于暗原色理论数学模型，粗略的获取透射率图像，并在此基础上，通过引入TV 模型，对透射率图像进行保边平滑优化，为避免图像中高亮度区域出现光晕失真现象，结合容差机制，判断图像中的天空区域，对透射率图像进行修正，根据暗原色理论的数学模型反向求解，获得复原后的图像。通过主观观察和客观评价，在整体和细节方面该算法比经典的暗原色算法有更好的处理效果。

理论及实验分析了三次相位板的偏心对波前编码成像的影响。理论分析得到相位板倾斜和偏心后的波前编码系统的光瞳函数相位项的表达式。分析表明，当仅有偏心时，相位板位置变化会产生相位因子的变化效应和离焦量的改变，它们均与相位板的偏移量相关。同时仿真结果表明，偏心会改变点扩散函数(PSF)的能量分布及PSF包络的两条直角边长度，降低系统的调制传递函数(MTF)值；z 向偏心对PSF 的影响小于x 向或y 向的偏心对PSF 的影响。实验结果表明，偏心在一定的范围内对PSF 的影响较小，复原图像在焦深范围内的清晰度一致性较好；但是偏心会降低焦深延拓率。实验结果与理论分析结果具有良好的一致性。研究结果对基于相位掩模板的波前编码系统在空间光学系统、显微系统、红外成像等领域的应用具有较高的参考价值。

基于GaAs衬底采用全息光刻和湿法刻蚀技术制备周期孔阵图形。得出全息光刻双曝光最优曝光时间为60 s。采用H3PO4∶H202∶H2O=1∶1∶10 配比的刻蚀液，得出最佳刻蚀时间为30 s。扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)测试图片显示，孔阵周期为528 nm，刻蚀深度为124 nm，具有完美的表面形貌及良好均匀性和周期性。

采用多层相位屏法和分步傅里叶算法相结合的方式来模拟环形艾里光束在湍流大气中传输时光斑质心漂移。通过理论和实验仿真了环形艾里光束在湍流中的传输。通过比较，证实了环形艾里光束在湍流中传输时扰动漂移量小于艾里光束和高斯光束。因此，利用环形艾里光束作为信息载体在远距离传输时具有很大的应用潜力。

分析了视场展宽迈克耳孙干涉仪(FWMI)用作高光谱分辨率激光雷达(HSRL)光谱滤光器时一个未引起广泛重视却又非常重要的问题：FWMI增透(AR)膜反射率容差评估。由于FWMI不同材料分界面的AR 膜无法做到100%透射，一旦光线经过该表面，将引起部分光被反射，且这部分光线将成为游离光线在干涉仪主体中不断被多次反射。分析了AR膜反射率导致的多次反射对FWMI滤光性能的影响机理，并采用光谱分离比(SDR)作为性能量化指标，提出了一种迭代算法来定量评估FWMI光谱分离特性与AR膜反射率的关系。分析结果表明，AR膜反射尽管对大气分子散射信号的透射率影响不大，但会较大的降低FWMI对气溶胶散射信号的抑制能力，最终总体上导致SDR 的降低。本方法对FWMI AR 膜反射率容差评估具有较大的参考价值，是保证FWMI良好设计性能的重要方面之一。

为了扩展激光雷达的测量动态范围，设计了一种基于模拟与光子计数融合方法的信号采集系统。采用多级放大技术设计了用于模拟与光子计数融合方法的双通道前置放大器，并与通用数据采集卡和光子计数卡组成信号采集系统。利用激光雷达信号模拟源搭建了测试系统；通过测量坪特性和脉冲高度分布确定光电倍增管(PMT)的工作高压和鉴别电平；测试了模拟通道和光子计数通道的性能以及两个通道的可拼接性。实验结果表明，设计的信号采集系统性能优于LICEL 公司的瞬态记录仪TR20-160；两个通道的信号具有较好的拼接性，通过两个信号的拼接提高了激光雷达信号采集系统的动态范围。

基于法布里-珀罗干涉仪的多普勒测风激光雷达可以实现从对流层到中层大气的高时空分辨率风场探测。然而，实际风场观测时，反演出的径向风速总会存在一个偏差，需要外部的参考风场来消除。从理论出发，分析了出现偏差的原因，得出主要影响因素是法布里-珀罗干涉仪和种子激光器的环境温度。随后对该温度的影响进行了实验研究。通过分别对种子激光器和法布里-珀罗干涉仪环境温度的精确控制，测量激光通过已标定的法布里-珀罗干涉仪的透过率来监测相对频率的漂移与温度之间的关系。实验结果表明，环境温度会影响频率漂移，理论上，对于355 nm 测风激光雷达系统，控制1 m/s 的径向风速漂移，种子激光器环境温度引起的频率漂移系数为1650 MHz/K，温度控制的精度须小于0.004 K；法布里-珀罗干涉仪环境的温度引起的频率漂移系数为799 MHz/K，温度控制的精度须小于0.007 K。

针对点云简化很难完全保证精度和速度上达到最优的问题，提出了基于法向量夹角信息熵的点云简化算法。利用经典的主成分分析方法来估计点的法向量，计算法向量与参考平面的夹角，利用最邻近点搜索算法，确定每个点的K 个最邻近点，并根据信息熵的定义，提出法向量夹角局部熵模型，局部熵的大小直接反映了表面的特征状况；针对不同区域局部熵大小，进行逐步的点云简化，从而可以保留凸变区域较多的点，精简较多平面区域的点，实现点云的非均匀简化。实验结果表明，该方法在简化精度和速度上都能达到较优。

激光主动探测技术在防空反导作战中具有广阔的应用前景，然而飞机、导弹等高速目标的气动绕流场会对探测光束产生严重的畸变效应，针对探测激光在高速目标“猫眼”镜头传输和双重气动流场传输这一复杂物理过程，开展了对光束的畸变传输计算方法研究。分别采用Collins公式和角谱衍射理论对入射和反射过程进行物理光学传输计算；依据光在随机介质中的传输理论对气动流场的湍流特性进行了估计，求得了脉动光畸变光程差(OPD)均方根(RMS)值和远场Strehl比；以半球加圆柱这一典型转台模型为例对计算流体力学和探测光束的畸变传输进行了计算。

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术给人们提供了一种快速和准确地确定材料在太赫兹波段光学参数的工具。由于材料的厚度对其折射率的提取精度影响很大，而材料的厚度通常不能够准确地测量，为了避免测量厚度误差给确定光学参数结果带来的影响，发展能够同时确定样品的厚度和折射率的方法至关重要。由于材料内部的往返反射信号较弱，对Duvillaret等提出的方法在计算频段和迭代算法上进行了一些改进，使得计算结果更加准确，操作更加方便、快捷。并对两种典型材料聚乙烯和硅片的厚度和折射率进行了提取，以验证这种方法的有效性。

对一种共振隧穿弱光探测器的分子束外延生长条件进行了研究。对探测器结构进行设计，研究了不同Al束流和不同生长温度下In0.52Al0.48As 材料的生长质量，结合X 射线衍射及原子力显微镜测试结果确定了In0.52Al0.48As 材料的最佳生长条件。研究了不同Ga束流下In0.53Ga0.47As材料的生长质量，并采用一种衬底变温的生长方法解决了恒温生长较厚In0.53Ga0.47As外延层时表面容易出现点状突起的问题，获得了平整的In0.53Ga0.47As外延表面。分别采用恒温和变温的生长方法制备了探测器样品，并对其电流-电压特性及光响应进行了测试，测试结果表明，采用变温生长方法制备的探测器样品具有更高的峰值电流和光响应。

报道了利用周期极化铌酸锂晶体外腔谐振增强倍频技术获得波长分别为1560 nm 和780 nm 双色量子关联光场。由于该量子关联系统的激光波长分别位于量子态传输波段与原子存储波段，可应用于研究实用化量子信息处理系统。在利用谐振倍频获得10 mW 倍频光输出、倍频效率达45%的基础上，实测1560 nm 基频光与780 nm 倍频光的量子关联为1.2 dB。