针对大厚度材料内部缺陷的检测问题,利用缺陷对激光超声的衍射作用实现了内部缺陷的定位定量检测。首先利用Comsol软件研究了激光超声与内部缺陷的作用过程,建立了激光超声接收信号计算模型。通过激光超声检测系统,对45钢试块内部缺陷进行定位定量检测实验。实验结果表明:缺陷检测的定位相对误差在5%以内,定量相对误差在10%以内。该实验证明了利用激光超声缺陷衍射体波法检测内部缺陷位置和大小的可行性,实现了真正意义上的激光激发和接收的非接触检测技术。

基于衍射积分理论和复高斯函数展开法研究了超短脉冲贝塞耳-高斯光束通过圆孔光阑后在自由空间中的传输特性, 推导出解析的传输方程, 并对传输方程进行分析讨论和数值计算分析, 利用计算机软件进行绘图, 给出了归一化功率谱随横向距离的变化关系, 横向光强分布和脉冲波形随截断参数的变化关系。

光学元件上不可避免存在的“缺陷”会对传输光束产生调制，基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分和角谱的定义，推导出了高斯光束经有限个小尺寸振幅调制型“缺陷”之后的光强和角谱解析式。详细研究了振幅调制型“缺陷”的尺寸大小及调制幅度对受调制光束的光强分布和角谱影响。结果表明，经过“缺陷”的光束传输一定距离之后光强恢复为高斯分布。而“缺陷”的尺寸越大，光强分布恢复为高斯分布所需的传播距离越长，且随“缺陷”尺寸及调制幅度增大，低频区的角谱减小，中高频区的角谱增大。

为了探索激光工艺参数对316L不锈钢粉末在304#不锈钢板上熔覆质量的影响规律，发现最优的工艺参数，利用实验室自行设计组装的光纤激光熔覆系统对其进行了一系列的激光熔覆工艺试验。用激光共聚焦显微镜、维氏硬度计以及其他方法，对不同组合的工艺参数（激光功率、熔覆速度、激光频率以及离焦量等）下单道熔覆的试样的表面形貌和横截面质量进行了检测和分析，发现了工艺参数对熔覆质量的影响规律，并据此确定了一个最佳的熔覆参数组合范围，在这个范围内得到的熔覆试样结果显示，熔覆条表面光滑，有完整的熔覆条纹，无气孔和裂纹。

激光喷丸强化技术是一种新型的材料表面改性技术相比于传统喷丸强化技术,具有明显的优势。采用试验与有限元分析相结合的方法，探讨了在一定冲击顺序下，多点激光喷丸强化处理后紧固孔周围残余应力的分布情况。结果表明，通过多个直径为2.6 mm光斑的组合能形成一个直径近似为6 mm的较大圆形冲击区域，可用来替代大直径光斑进行冲击强化。在多点激光喷丸强化过程中，由于多个光斑叠加，导致冲击区域的表面残余压应力幅值由第一点冲击后的134 MPa增加到冲击结束后的254 MPa，冲击区域变形深度也逐渐增大到26.6 μm。在冲击区域钻孔后，紧固孔孔口边缘处的最大残余压应力值明显减小。模拟值与实验值吻合较好。

激光投影显示通常需要解决光束整形匀化和散斑抑制的问题。基于此，提出利用硅基液晶（LCoS）空间光调制器（SLM）同时解决上述问题的方法。利用衍射光学元件（DOE）精细化设计思想设计所需整形DOE的相位分布，可以同时较好地控制采样点与采样点以外的光场强度分布，将圆形高斯分布照明激光束整形成平顶矩形光场；在不同的初始相位条件下，设计得到的多幅DOE生成具有相同强度分布、不同相位分布的衍射图样。当SLM依次调制出这些衍射图样，通过时间积分将这些衍射图样相叠加，不仅可以进一步提高光斑均匀性，同时还可以抑制散斑。仿真结果表明，通过叠加16幅衍射图样，该方法可使照明光斑均匀性从74%提高到92.57%，屏幕上图样散斑对比度由0.991减小为0.2508。该方法稳定性高，能耗低，且所用器件尺寸小，为微投影显示结构设计提供了有益参考。

搭建了一套光纤相位噪声抑制系统。通过环外自拍频, 得到噪声本底的秒级频率稳定度为6.8×10-18, 2000 s平均时间后达到2.3×10-19。利用该系统可实现窄线宽激光频率在1.6 km实际光纤链路中的传输, 传输后环外自拍频信号的秒级频率稳定度可达1.2×10-17。基于连接两个实验室的808 m实际光纤链路, 将此系统应用于1.5 μm超稳激光的比对, 通过拍频测量得到激光线宽为(0.54±0.15) Hz, 秒级频率稳定度为1.2×10-15。

提出了基于主振荡功率放大(MOPA)结构的皮秒光纤激光系统。该系统将重复频率为29.87 MHz的半导体可饱和吸收镜被动锁模光纤激光器作为种子源。采用预放系统并结合声光调制器将种子源的重复频率降至574 kHz。MOPA结构基于棒状光子晶体光纤(PCF)，利用PCF大模场、高增益的特点直接对脉冲宽度为30 ps的脉冲进行放大，有效抑制了自相位调制效应引起的光谱展宽。研究结果表明，所提系统的5 dB光谱线宽与光脉冲峰值功率成比例，该系统最终输出了近衍射极限、峰值功率为3.4 MW的皮秒脉冲(输出功率为20 W时，光束质量因子M2=1.01)，最高平均输出功率为21.86 W，脉冲宽度为11.1 ps，中心波长为1030.74 nm，5 dB光谱线宽为1.75 nm。

为了获得高重复频率的飞秒激光脉冲，将突发运行模式引入飞秒碟片再生放大系统中。通过将再生放大器的腔长设计为9.3 m,激光系统输出了接近衍射极限的激光脉冲，且激光脉冲的重复频率为电光调制频率的5倍。在电光调制频率为5 kHz、吸收的抽运功率为98 W的条件下，获得了最高输出功率为10.7 W、光谱半峰全宽为1.18 nm、脉冲宽度为777 fs的双曲正割脉冲输出。再生放大器的光-光转换效率随着电光调制频率的增加而增加，从频率为0.5 kHz时的12.4%增加到频率为5 kHz时的25.3%。激光的输出稳定性在18~20 ℃的温度区间内随着水冷温度的降低而提高，激光系统输出功率的均方根从20 ℃时

基于叠加统计独立散斑图像的散斑抑制原理, 设计了一个具有N个透光孔的掩模板, 将其放置于成像透镜出瞳面上, 理论研究了产生统计独立散斑图像所需的条件。在简化光学系统中, 将散射片与探测面分别置于透镜成像共轭面上, 通过系统实验, 分析了多孔掩模板上相邻两个透光孔的不同中心间距以及单个透光孔孔径对统计独立散斑图像形成的影响, 其中单个透光孔孔径也会影响散斑颗粒的大小。在不考虑实验装置对测试精度的影响下, 实验结果与理论分析吻合。