热传导规律的研究在激光诱导薄膜材料改性等应用中有着重要的作用, 本文针对二氧化碳激光器辐照下的二氧化钛(TiO2)薄膜表面的热效应进行了理论仿真和实验研究。首先, 对具有粗糙上表面的TiO2薄膜, 利用有限元法构建了连续激光作用下的TiO2薄膜的立体模型并得到了其三维温度场分布。然后使用CO2激光器进行辐照实验, 分析了辐照时间和功率等参数对TiO2薄膜形貌、晶相以及颜色的影响。仿真表明, 连续激光辐照下TiO2薄膜的瞬态温度场呈高斯分布, 且与激光功率、光斑半径、辐照时间等因素有关。当表面温度小于分解温度时, 薄膜上表面最大平均温度与激光功率满足线性关系, 与光斑半径满足ExpAssoc非线性关系。实验结果表明, 激光辐照引起TiO2薄膜材料表面粗糙度降低且颜色变化。激光功率过小或辐照时间过短会导致有效作用面积小且不均匀, 反之会产生热形变 。结合仿真和实验可知使用功率为6 W, 半径为3 mm的连续激光辐照TiO2薄膜10 s时取得的处理效果最优。

基于方解石晶体的光学特性和传统Wollaston棱镜的结构特点，设计了一种新型Wollaston式多光束分束棱镜。棱镜的两块晶体的光轴不再是垂直的，而是呈现一定的角度。通过结合玻璃棱镜，可以实现三束或四束光束平行光束的出射。以晶体光轴夹角为45°角为例，对该棱镜进行了讨论研究。研究得出：当一束自然单色光入射时，当入射光束的光斑大小大于两平行光束之间的距离时，可以实现两束相互垂直的偏振光和一束自然光出射，当光斑大小小于棱镜中两平行光束之间的距离时，能够产生四束分开程度可调并且平行出射的偏振光。该棱镜能为不同的应用环境提供可调节的偏振出射光束，从而节约成本。

利用外径不同的常规单模和多模光纤成功制作了一种本征法布里-珀罗干涉型光纤传感器，对其温压响应进行了研究。由材料力学和光弹理论得出了压力响应理论模型，为了增加压力响应灵敏度，在考虑泊松效应导致应变方向的前提下，选择了多模光纤外径较小的结构。实验中传感器采用了经氢氟酸腐蚀外径为120 mm 多模石英光纤，将制作的1 mm 腔长的传感头进行了温度响应实验，温度范围为20 ℃~500 ℃，实验结果表明该传感器对温度有较好的线性响应，光程差响应灵敏度为25 nm/℃，且重复性较好；在常温20 ℃条件下进行了压力响应实验，实验结果表明该传感器具有较好的压力线性响应，其压力响应灵敏度为4.7 nm/MPa。该传感器能够对温度、压力实现较好的响应，同时具备准分布式测量的潜力。

随空间入射角的连续变化,格兰-付科棱镜的光强透射比曲线会产生较大的波动.为了抑制这种波动,利用偏振光实验系统对格兰-付科棱镜的光强透射比进行了实验,并在假设棱镜空气隙间存在多光束干涉的条件下,对棱镜的光强透射比实验的过程进行了数值模拟.模拟结果和实验结果吻合的非常好.首次相对定量地给出了格兰-付科棱镜的光强透射比曲线随入射角变化而波动的根本原因.并提出了两种抑制格兰-付科棱镜光强透射比曲线波动的方法.结果表明,产生波动的原因是由于棱镜在充当检偏器的过程中,随着步进电机的转动,光束在空气隙上的入射角不断变化,引起空气隙间干涉光束光程差的变化,进而影响多光束干涉加强或减弱而产生的.曲线上的波动较大的原因来自于格兰-付科棱镜的透射光束在切割面上是入射面的s分量,其光强反射比较大的缘故.这一结果对研究具有光强透射比曲线波动抑制功能的格兰-付科棱镜是有帮助的.

光瞳滤波器是一种重要的调控焦点处光强分布的器件。借助光的标量衍射理论，研究了不同的入射光场分布对超分辨光瞳滤波器的超分辨性能和焦深的影响。研究结果表明：在入射总光能相同的情况下，光场以高斯函数分布入射时，与均匀光入射相比，其超分辨性能和焦深扩展特性变化很小。当光场以零阶贝塞尔函数分布入射时，光斑压缩比基本不变，斯特雷尔比有所下降，焦深有一定扩展。当光场以一阶贝塞尔函数分布入射时，光斑压缩比有所减小，斯特雷尔比有较大提高，焦深有所减小。总之，在相同情况下，光束的光强分布越靠近边缘，越有利于实现超分辨，斯特雷尔比和焦深两个量中其中一个的增大以另一个的减小为代价。

焦点区域的光强分布对许多光学系统的性能起到非常重要的作用。利用分区衍射光学元件和分区双半波片的组合作为光瞳滤波器，同时对径向偏振光束的相位和偏振方向进行分区调节，使其变为不同的分区柱矢量偏振光束，这样可以实现对聚焦光强分布的有效调控。利用Matlab数值模拟，设置不同的设计参数可以使焦平面上获得不同的光强分布。利用本方法，在焦平面上除了可以得到现有文献中报道的环形光强分布、平顶光斑光强分布外，还得到了一种平顶模式的环形光强分布。该研究结果在粒子的操控与捕获、激光微加工等许多领域有着潜在的应用价值。

根据折射定律结合棱镜的结构特点, 推导出了Wollaston式平行分束偏光棱镜所对应的切割角应满足的关系.利用菲涅尔公式和薄膜的光强透射理论, 推导出棱镜的光强透射比、光强分束比和两出射光束的平行度表达式.通过Matlab数值模拟, 研究并实验测量了棱镜的光强透射比、光强分束比和出射光平行度随入射角或入射波长的变化关系.结果表明：出射光束的平行度与实验结果符合得非常好, 光强透射比规律与理论结果一致.Wollaston式平行分束偏光棱镜的光强透射比和光强分束比随入射角有微小的起伏变化, 当入射光束的入射角在-3°~3°的范围内入射或波长在(400~1 100)nm范围内变化时, 两光束之间的夹角不超过 0.42°, 平行度稳定性较好.

格兰泰勒棱镜的光强透射比随着空间入射角的改变会出现波动。借助共点三轴系统和多光束干涉公式，得到了偏光棱镜的光强透射比的精确表达式。根据马吕斯定律，利用数值模拟实验，给出了格兰泰勒棱镜作为检偏镜在光学系统中的光强透射比表达式。数值模拟结果表明：波动的产生来源于平行空气隙间的多光束干涉，波动幅度的大小及出现的位置主要取决于空气隙的平行程度及检偏镜在光学系统中的相对位置。令棱镜的转轴和系统的光轴之间的夹角β=0°,可以实现光强透射比曲线上波动的完全抑制。给空气隙一个小的胶合误差角可以有效抑制光强透射比随空间入射角的波动。抑制波动的临界胶合误差角随入射光束横截面的增大而减小。

研究了基于双折射晶体的非“三明治”结构的分区光瞳滤波器在低数值孔径聚焦系统中的光学特性。以内区为玻璃和外区为双折射晶体的两区光瞳滤波器为例，给出了此类光瞳滤波器光瞳函数的精确表达式。结合标量衍射理论，数值模拟了其光学特性。结果表明，通过旋转光瞳滤波器可以实现系统焦平面上横向光学超分辨的连续调节，同时可以扩展焦深。这种滤波器较现有的基于双折射晶体的光瞳滤波器具有更高的光能利用率，并且其可调性更方便于实际应用。

利用折射定律，介质膜两侧折射率不同时多光束干涉理论和菲涅耳公式，精确推导了双沃拉斯顿棱镜的光强分束比的具体表达式。以公式为基础，通过Matlab软件数值模拟作图分析光强分束比随入射角、入射波长和结构角的变化关系曲线。结果表明：在棱镜为介质胶合型时，光强分束比随入射角和入射波长的变化很小，光强分束比基本为1；棱镜为空气胶合型时，光强分束比随入射角，结构角和波长的变化很大。两种情况下，光强分束比随各参量的变化基本呈周期性变化。