设计了一种对称椭圆空气孔缺陷的光子晶体光纤,采用全矢量有限元法, 研究了该结构光纤基模的电场分布、双折射、色散、非线性及限制损耗等特性。结果表明：基模能量大部分限制 在光纤的纤芯。在λ=1550 nm, Λ=3.0 μm时,光纤基模的双折射达到了3.327×10-2, 并且色散值几乎为零,同时非线性系数值也达到 46.36 W-1·km-1,此外基模的 x 偏振和 y 偏 振的限制损耗分别达到为 4.907×10-7 dB/km和 6.819×10-7 dB/km。 在入射波范围为 0.60 ～1.80μm时, 该光纤在可见波段和近红外波段存在两个零点色散波长,且零点色散波长的位置随 Λ 的增大而向长波方向移动。 基于这种高双折射、高非线性系数、双零色散、低损耗的光子晶体光纤,在光纤传感、光纤通信、色散控制及非线性光学等领域都具有广阔的前景。

应用4×4传输矩阵法数值分析线偏振光在一维磁光光子晶体中的传输特性。 首先推导了4×4传输矩阵, 然后数值计算线偏振光在一维磁光光子晶体中传输时的透射谱和法拉第旋转角,结果表明:当施加外磁场时, 由于磁光材料的磁光效应,线偏振光中的左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在一维磁光光子晶体中传播时的透射谱 不再重合,导致透射谱发生分裂。最后计算透射光的电场强度x分量和y分量的振幅和相位,得到透射光的表达式和法拉第旋转角。

设计了一种中心带有椭圆空气孔缺陷的光子晶体光纤，采用全矢量有限元法研究了该光纤基模的电场分布、双折射、色散、非线性及限制损耗等特性。结果表明，电场能量被束缚在光纤的纤芯。在λ=1.55 μm处，光纤的双折射为5.958×10-2，达到10-2数量级；在1.50~1.60 μm波段范围内，色散值在（-549.2±5） ps/(nm·km)范围内，具有高负平坦色散。此外，该光纤的x偏振基模的非线性系数为46.82 W-1·km-1，低损耗值为5.413×10-4 dB/km，并且在y方向上两个基模偏振态的限制损耗是x方向的6423倍。该光子晶体光纤具有高双折射、高非线性、高负平坦色散、低损耗的特点，在光纤传感、偏振控制、色散补偿及非线性光学等领域具有广阔的应用前景。

利用传输矩阵法研究了含向列相液晶缺陷层的1维阶梯型双周期第4代准周期结构 缺陷模的电场方向调控特性。分析了外加电场方向和正入射波方向间夹角θ与缺陷模波长的位置、 品质因子、空间位置光场分布的变化关系,探讨了缺陷模的品质因子对光场强度的影响。 结果表明:随着夹角θ的逐渐增大,缺陷模的位置向短波方向移动,缺陷模波长的调控量为84 nm;随着夹角θ的逐渐增大, 缺陷模的品质因子逐渐增大;缺陷模在空间位置的光场分布呈现出局域现 象,随夹角θ的增大,空间位置的光场强度逐渐增强;缺陷模的品质因子与光场强度成正比关系。

磁流体的有效介电常数εliq 与磁性粒子体积分数P和外加磁场因子α∥ 有关。计算了水基MnFe2 O4 磁流体的有效折射率随纳米磁性粒子体积分数P和外加磁场强度因子α∥ 的变化关系,发现通过调节α∥ 的大小可实现不同纳米磁性粒子体积分数的磁流体具有相同的有效折射率。应用传输矩阵法, 数值模拟了水基MnFe2 O4 磁流体中P为0.745时结构为(AB)8C(BA)8的一维磁流体掺 杂光子晶体的透射谱。结果表明:缺陷模磁流体nc的增大出现红移现象,即缺陷模中心 波长随nc的增大而变长,最大改变量为36.6 nm。讨论了缺陷模品质因子Q, 发现缺陷模半峰值带宽不变,Q与缺陷模波长 随nc的变化具有相同的线性变化特性,即Q 随有效折射率的增大而增大。

In this study, based on magnetic tunable characteristics of nanoparticle magnetic fluid, we design the photonic crystals' defect-localized modes with a defect layer of nanoparticle magnetic fluids. The transmission spectrum of one-dimensional photonic crystals with a defect layer of nanoparticle magnetic fluid is calculated numerically using the transfer matrix method. The results indicate that the wavelength of defect localized modes moves to short wave with the increasing of magnetic field intensity. The maximum variation is 7 nm. When the thickness deviation of defect layer is in the range of 5 nm, the variation of the wavelength is 6 nm. The bandwidth of the defect localized modes is 0.2 nm and its quality factor is of the order of 103. Therefore, the variation of the wavelength of defect-localized modes, which is caused by the thickness deviation of a defect layer, could be compensated by changing the magnetic field. In this study, the defect-localized modes with a certain wavelength are realized.

基于液晶的电场调控特性，利用时域有限差分（FDTD）法和完美吸收边界条件（PML）数值计算了：三角格子周期性排列的圆空气孔构成的完美二维光子晶体的禁带结构；纤芯填充5CB液晶光子晶体光纤在外加电场方向与x轴夹角θ分别为0°, 30°, 60°, 90°时的波谱图；以波长2504 nm和θ分别为0°, 30°, 60°, 90°对应的局域模波长作为波源时的光场分布。结果表明：完美二维光子晶体存在范围为2334~2438 nm的禁带；纤芯填充5CB液晶光子晶体光纤的局域模波长随着夹角θ的增大向短波方向移动，当夹角θ在（0°，90°）范围内变化时，局域模波长的最大调控量为73 nm；对于波源为禁带范围外的光波，光场能量不局限在光纤纤芯；对于光源为局域模波长的光波，夹角θ越大，光场能量越集中于纤芯区，且光场能量分布越均匀。

Introducing the finite difference time domain method and perfect match layer absorbing boundary condition, the electro-tunable localized modes in two-dimensional (2D) nematic-liquid-crystal photonic crystal with a point defect (1PD2D-NLCPC) are investigated by numerical simulation. The numerical simulations show that as the direction of the external electrical field varies, the band gap in the 1PD2D-LCPC changes; when the wavelength in the band gap is the wavelength of the sine source wave, the most of optical field energy is localized in the point defect; therefore manipulating the direction of the external electrical field causes the change of the localized mode.

由于数字全息采用相干光成像，当再现距离偏离焦点时，再现像的边缘会出现振荡现象，采用传统的清晰度评价函数不能准确实现自动聚焦。通过对再现像进行小波分析可以发现，偏离焦点时的小波变换高频系数的幅值比聚焦时要小得多。针对这一特点，对拉普拉斯算子和小波变换清晰度评价函数进行了改进，将原来利用高频系数之和改为利用聚焦窗口中高频系数的最大幅值为清晰度评价依据。为便于同时观察到数字全息三维空间内的目标，还提出了将不同层面上的再现像进行融合的算法。进行了模拟数字全息自动聚焦及再现像融合实验和用数字全息观察生物标本的实验。实验结果表明，改进后的清晰度评价函数可以准确实现数字全息的自动聚焦；提出的融合算法可以将数字全息再现后得到的一系列再现像融合到一幅图片中。