线性光子晶体中可获得较低的慢光速度是以牺牲带宽为代价的。本文通过在光子晶体圆环型腔内加入克尔型非线性材料, 分别构建以三角晶格和正方晶格排列的非线性环型腔线缺陷波导, 利用有限元法对其慢光特性进行了仿真模拟。结果表明: 正方晶格具有更好的慢光效应, 获得的最佳慢光群速度为0.0055c, 在保证10-3c慢光条件下, 可达到0.001的相对带宽; 与线性光子晶体线缺陷耦合腔波导相比, 带宽提高了两倍, 实现了具有低群速度、高带宽特性的慢光效果, 对进一步发展光子晶体的光缓存有着重要意义。

采用克尔型非线性材料为光子晶体的介质柱, 构建线缺陷耦合腔波导。利用非线性有限时域差分法(NL-FDTD)进行模拟仿真, 并获得最佳宽带慢光效果。当群速度达到10-2数量级时, 带宽为0.0920, 比线性光子晶体耦合腔波导慢光带宽提高五倍, 而且群速度色散降低两个数量级, 实现了低群速度下更宽带宽和更低色散的慢光波导。

利用全矢量有限元法分析了光子晶体光纤(PCF)的结构参量对其本征模场分布的影响。数值计算结果表明, 具有多层空气孔、多层纤芯、大孔间距和大占空比的结构更有利于将光场约束在纤芯中, 纤芯层数、孔间距和占空比的增加均会导致PCF本征模场出现更高阶次的模式。纤芯层数和孔间距的增加会对由占空比减小所引起的功率泄漏进行一定的补偿, 通过减小空气占空比、增加纤芯层数和孔间距, 可实现大模场单模传输的可行性。对于4层空气孔、2层纤芯、占空比为0.01、孔间距为20 μm的PCF, 在保证单模传输的条件下, 纤芯半径可达40 μm, 有效模面积为3717 μm2, 纤芯功率集中度为68.32%。

惯性约束聚变精密物理实验要求高功率激光驱动器具备时域-频域精密调控能力, 以实现对激光与等离子体相互作用过程中非线性效应的抑制。基于保偏光纤和单偏振光纤技术, 采用温度调谐双振荡器结合两级波导相位调制器实现激光脉冲频域精密调控, 采用两级高速电光调制脉冲整形技术实现激光脉冲时域精密调控, 将微波射频信号取样检测与声光开关进行连锁以确保整个系统的安全运行。实验获得了光谱带宽为0.15～0.3 nm、中心波长范围为1052.4～1053.6 nm的连续可调微焦耳级激光脉冲, 波长调谐精度为0.1 nm,在微焦级实现了对比度大于500∶1的高对比度整形激光脉冲, 脉冲时间波形顶部调制深度小于10%。

采用相位调制技术产生的具有一定光谱分布的相位调制脉冲可以有效抑制高功率激光驱动器中大口径光学元件的横向受激布里渊散射和满足光束匀滑需求, 但该脉冲在装置各系统传输放大过程中, 由于光谱畸变会引起幅频调制(FM-to-AM)效应, 这种效应严重影响了激光装置的输出性能及实验效果。介绍了相位调制脉冲产生原理、引起FM-to-AM效应的根本原因及因素, 综述了目前美国的国家点火装置、法国的兆焦耳装置以及我国的神光-Ⅲ主机装置在FM-to-AM效应抑制技术方面取得的重要进展。

研究了一种用于惯性约束聚变激光驱动器的纳秒级、高精度整形激光脉冲产生技术。采用中心波长为980 nm的激光二极管作为参考光, 以自动调控幅度调制器的偏置工作点, 实现了脉冲工作体制的幅度调制。基于高速电光调制技术, 采用两级幅度调制器设计了主振荡功率放大型全光纤激光脉冲产生装置。其中, 第1级幅度调制器用于对输入连续运转的单纵模激光进行初始精密脉冲整形, 第2级幅度调制器用于对激光脉冲进行二次精密整形和时域噪声抑制。实验研究表明, 该激光脉冲产生装置可输出脉冲宽度在“0.1~50.0 ns”范围内连续可调、对比度大于20001的高精度任意整形激光脉冲, 满足了激光脉冲产生装置较强脉冲控制能力的要求。

在完美光子晶体晶格中嵌套半径较小的光子晶体晶格, 在中心处构造点缺陷, 构成二维嵌套光子晶体点缺陷耦合腔。通过优化调节点缺陷水平和垂直方向四个介质柱的位置增加带宽。利用平面波展开法进行仿真, 结果表明: 可以在保证10－3c的慢光前提下, 相对带宽达到0.000 51, NDBP(归一化延迟带宽积)均能保持在0.34以上; 当垂直方向介质柱位移距离为0.4 a时, NDBP值达到了0.404。与未嵌套二维光子晶体点缺陷耦合腔相比, 速度相近时, 带宽增加了0.000 17。

提出了一种新颖的结构--槽型光子晶体波导结构。槽型波导将光波禁锢在低折射率槽型区域内, 不仅增加了光与物质相互作用的时间, 同时也增强了光与物质相互作用的强度,从而增强了低折射率区域的慢光效应。利用平面波展开法进行仿真模拟, 结果表明: 通过调节槽型缺陷的宽度, 槽型波导中波导模式相互作用强度增强, 槽缺陷中的电场强度约为高折射率区域的12倍, 具有很强的光控能力, 获得群速度最小值1.55×10-3c。这一结果将为基于光子晶体的光学器件的设计和应用提供有效的理论支持。

直接相位调制可产生带宽可调的线性啁啾脉冲，可作为种子源用于啁啾脉冲放大系统中。对线性啁啾脉冲的产生过程以及啁啾脉冲在光纤中的传输放大过程进行了数值模拟与实验研究，实验获得了底宽为500 ps，带宽为0.69 nm 的线性啁啾脉冲。在此基础上提出一种全新的产生冲击点火种子脉冲的方式，即对光脉冲的局部进行调制与压缩以获得高对比度的种子脉冲，并对其进行了实验验证。实验中将一方波脉冲经调制压缩为对比度为2∶1 的阶梯脉冲，验证了该方法产生冲击点火种子脉冲的可行性。该方案为未来多种脉冲类型输出的惯性约束聚变(ICF)驱动器光纤前端系统的研制打下了研究基础。

LED灯作为主要的新型照明工具, 因其较高的灵敏度, 可用于光通信系统中。为了研究与验证LED室内可见光语音通信系统的接收性能与传输距离, 参照红外通信的信道模型, 融入反射光的影响因素, 在使用室内标准照明的光发射功率下, 采用多径叠加网格算法, 计算桌面各接收点接收信号功率等参量的分布, 并设计与实现了LED可见光语音单向通信系统的收发电路。结果表明, 当LED灯的发射功率大于2W、信号物理层通信速率不高于1Mbit/s的情况下, 系统能够满足信号接收功率与接收信噪比的实际通信要求, 并能够实现10m距离内的信号无失真解码与清晰收听。这一结果对LED可见光通信系统进一步的研究与应用有一定的价值。