跳模会导致单波长光纤环形激光器相干性有不同程度的退化,严重影响光学系统的性能。设计一种基于匹配干涉仪的相干坍塌抑制方案,分析抑制机理。并分别搭建臂差可调的空间光匹配干涉仪(SLMI)和全光纤结构匹配干涉仪(AFMI),通过实验对抑制效果进行方案验证。结果表明:当SLMI的等效臂差不断逼近理论值时,可监测到多模匹配干涉现象,该现象等效于单纵模激光干涉,从而实现相干坍塌抑制;AFMI结构紧凑,便于嵌入光纤相干探测系统中,能有效抑制随机跳模引入的相干坍塌和相位噪声谱级的大幅上升,降低系统虚警概率。作为一种被动手段,匹配干涉仪对抑制或规避模式失稳引起的相干坍塌具有指导意义。

基于自旋反转模型, 数值研究了光抽运下1300 nm自旋垂直腔面发射激光器(Spin-VCSEL)输出激光的圆偏振转换(PS)及偏振双稳(PB)特性。研究结果表明: 对于一定的抽运光偏振椭圆率PP, 抽运光功率能在一定程度上控制激光器输出光的偏振椭圆率Pout, 其绝对值随抽运光功率的增加而逐渐增大; 对于一定的归一化抽运光功率η, 采用正向扫描(逐渐增加)和反向扫描(逐渐减小)PP时, Spin-VCSEL输出的左旋圆偏振光与右旋圆偏振光之间会发生PS, 并可观察到PB现象。对于较小的η, 双稳环宽度随η的增加先增加到一个最大值然后减小到0; 对于较大的η, 双稳环宽度随η的增加总体上呈现出逐渐减小的趋势。激光器的线宽增强因子α和有源区介质的双折射系数γp等内部参数对由PP变化引起的PS和PB均有较大的影响。此外, 确定了双稳环宽度在某些激光器关键内部参数和η构成的参数空间中的分布图。

基于混沌同步, 构建安全性增强的双向长距离混沌保密通信系统。结果表明：在合适的双混沌光注入参数下, 驱动激光器(DL)可以产生低时延特征(TDS)、宽带宽的混沌信号; DL输出的混沌信号注入到2个响应激光器(RLs)中, 通过优化注入参数, 2个RLs可输出TDS更低、带宽更宽的混沌信号, 且2个混沌信号在实现高质量混沌同步的同时与DL输出混沌保持极低的相关系数(小于0.1); 基于2个RLs之间高质量的混沌同步, 可实现安全性增强的双向远距离混沌保密通信。采用色散位移光纤作为传输信道, 20 Gbit/s的信息在传输120 km后, 解调信息的Q因子大于6; 而采用普通单模光纤作为传输信道, 1 Gbit/s的信息在传输140 km后, 解调信息的Q因子大于8。

掺铒光纤激光器(EDFL)从频域的角度可以分为单纵模(SLM)掺铒光纤激光器与多纵模(MLM)掺铒光纤激光器。MLM-EDFL 属于复杂的高维动力学系统，比SLM-EDFL 拥有更多的自由度与更复杂的激光动力学特性。为理论研究分析MLM-EDFL 的频域动态特性，建立了关于EDFL 多模激光频域动力学模型，模型中将MLM-EDFL 的各个模式光场强度及其享有的增益粒子数分别作为独立的物理参量来处理，并考虑由于增益介质中铒离子对的猝灭效应而对模型引入额外的自由度；所建多模激光频域动力学模型可有效描述频域内多个模式的个体行为及集群行为，在数值研究中重现了激光频域高维动力系统所特有的多模动态特性。

检测光纤环形激光器输出模式的动态特性是实验与工程应用的难题之一。在不同抽运强度以及长时间运转条件下,激光器会输出复杂的模式动态现象。受限于实验手段，目前的实时测量系统局限于仅获取激光器的输出强度信息而无法准确获取更多的模式动态特性。基于这一点，报道了采用光学外差的测量方法，搭建相应的实验装置测得待测光纤环形激光器与参考光源的拍频信号。实验中可实时获取包括跳模以及频率漂移在内的模式动态时频瀑布图，并提取各模式强度的时间序列，进而能够检测光纤环形激光器输出模式动态特性以及分析模式光强，为控制光纤环形激光器输出以及探究其内在频率动力学特性提供重要的测量手段。

通过仿真优化探测器的结构参数和性能, 设计了基于0.25 μm标准BCD (Biplor,CMOS and DMOS)工艺的大面积多叉指状PIN光电探测器.选择已优化的大面积光电探测器用于和跨阻放大器以及后端放大器单片集成, 采用0.25 μm BCD工艺实现了一个用于650 nm塑料光纤通信的单片集成光接收芯片.结果表明: 多叉指状PIN光电探测器对650 nm入射光的响应度提高至0.260 A/W, 其结电容降低至4.39 pF.对于650 nm的入射光, 在速率250 Mb/s、误码率小于10-9的条件下, 光接收芯片的灵敏度为-23.3 dBm, 并得到清晰的眼图.该光电探测器可用于宽带接入网中的高速塑料光纤通信系统的光接收芯片中.

报道了自组织反馈光纤环形激光器中施加相位调制后产生的强度混沌现象。对自组织反馈光纤环形激光器进行稍大于阈值的泵浦, 通过压电陶瓷引入相位调制；保持泵浦功率及调制电压不变, 改变调制频率, 得出光强随不同调制频率变化的分岔图, 观察到某些特定频率区域内激光器输出进入类似混沌的状态。针对类似混沌的光强输出序列进行非线性时间序列分析, 通过功率谱计算、相空间重构、关联积分计算等方法得到了多段调制频率区间内光强序列具有混沌特征的证据。初步分析产生混沌的机理得出: 特定条件下施加的相位调制等同于损耗调制。

提出了一种新型支撑结构以解决大口径晶体重力凹陷作用引起的三倍频转换效率损失问题。有限元分析结果表明：当KDP晶体及支撑结构均为理想平面时，重力作用导致的三倍频转换效率的损失量几乎为0。同时，针对不同倾斜角度下的接触面加工误差对三倍频转换效率的影响进行了大量的数值模拟。计算结果表明：采用新型支撑结构，不同倾斜角度对三倍频转换效率的影响基本相同；支撑结构表面存在随机加工误差对三倍频转换效率的影响程度较小；而当支撑结构存在凸形或凹形加工误差时，加工误差容许值必须控制在5 μm范围内以实现高效三倍频输出。

在掺铒光纤环形腔内插入未抽运掺铒光纤可形成自组织激光腔。在环形腔多模激光器稳态方程中引入饱和吸收体光栅非线性耦合模方程，建立了全光纤自组织激光腔稳态模型，并得到了边模平坦的单纵模解。仿真分析了激光运行过程中输出耦合器位置、输出比例以及抽运功率等参数对饱和吸收体光栅特性的影响。仿真结果表明，在同等抽运参数与输出比例下，输出耦合器前置式结构较后置式结构中的光栅具有更高的纵模边模抑制比；两种结构下纵模边模抑制比均随输出比例增加而增加，并随抽运功率增加而减小。对前置式结构优化的输出耦合比例取值范围在60%~80%之间。对两种结构激光器的稳定性地图测量证实了仿真结果。

用延迟自外差法分析了调频激光器的光谱线型。从理论上给出了调频激光器的线型表达式，理论结果表明，用延迟自外差法测得的调频激光器的线型是与调制函数及测试系统有关的传递函数和激光器自然线型的卷积。根据所获得的调频激光器线型表达式，分析了线型和激光器调制频率以及延迟光纤长度的关系。实验对理论分析进行了验证。