分析了向列相液晶中的光致非线性效应。在此基础上, 基于液晶显示器工作原理设计了光控光器件。提出简化模型并利用琼斯矩阵给出光在该模型中的传输理论; 引入斜入射的控制光束代替外加电压来调控液晶盒中分子的排列, 实现对出射信号光的位相和光强的光-光调控; 利用5CB液晶的温度特性分析环境温度对光-光调控的影响。理论分析表明: 出射光位相差随控制光光强的增加而单调递增, 出射光光强随控制光光强的增加而周期性震荡; 当控制光光强在0.5(MW·m-2)到1.1(MW·m-2)变化时, 可以实现对输出信号光强度的线性调控; 当控制光光强取固定值时, 出射光光强随温度的升高而周期性震荡。该发现为实现光控光器件提供可行方案。

针对热效应的非局域程度和分子取向效应的非局域程度不等的情况,利用JUNG P S等提出的模型研究了具有竞争非局域非线性效应的向列相液晶中的亮孤子特性.通过变分法得到光束振幅、宽度、啁啾和位相等参数随传输距离的变化规律,即光束振幅和宽度与入射光的功率息息相关,光束宽度随热非局域程度增加单调递减,随热非线性系数增加单调递增.在此基础上给出和入射光束功率密切相关的势能函数.利用势能函数预言了入射光束功率越大亮孤子宽度越小.通过解变分方程组可得,入射光功率为4或8时,光束宽度均随传输距离周期性震荡.这两个震荡趋势有明显的区别,功率为4时光束传输过程中宽度始终大于或等于初始宽度,功率为8时光束传输过程中宽度始终小于或等于初始宽度.该变化规律与数值仿真结论一致.

由于超短脉冲测量系统中存在透射元件,脉冲经过测量系统时将被展宽,因此测量结果中存在较大的误差。针对脉冲测量中被展宽的问题,设计了一种全反式超短脉冲测量系统,可实现对更短的超短脉冲的测量。所设计的系统利用菲涅耳双面镜产生时间延迟,利用柱面反射镜、薄晶体和光栅产生光谱,避免了系统中色散的产生。在满足采样率的前提下,对频率分辨光学开关(FROG)迹线采样范围进行分析,获得测量系统所需的时间延迟和倍频带宽,并以此为约束条件,推导了待测脉冲的脉冲宽度与菲涅耳双面镜和柱面反射镜参数的关系。

对折射率线性调制晶体中超短脉冲倍频特性进行了数值计算, 在泵浦衰减的情况下, 研究了转换效率和脉冲宽度随匹配带宽和晶体长度的变化.大信号时各频率成份在晶体不同位置的不平衡转换致使脉冲展宽, 且由于折射率的调制, 脉冲宽度和转换效率出现了周期性变化.同时, 分析了谐波脉冲啁啾随晶体长度和带宽的变化, 发现随着晶体长度的增大, 归一化最佳啁啾系数先增大后减小, 在长晶体时趋于1, 其极大值位置决定于本征带宽和调制带宽.讨论了相位失配量对转换效率和脉宽的影响, 结果表明失配因子y决定了中心频率的匹配位置, 当y=0时, 中心频率在晶体中心匹配, 这有利于提高转换效率并减小脉冲宽度.

针对掺钛蓝宝石固体激光器腔内脉冲压缩的问题，利用光学设计软件设计棱镜对超短脉冲压缩器，对脉冲群延迟色散进行补偿，以此压缩超短脉冲。利用光学设计软件建立棱镜对脉冲压缩器模型，利用计算群延迟色散的宏得出棱镜对群延迟色散与棱镜对间距之间存在线性关系，结合蓝宝石晶体的群延迟色散，优化获得与之匹配的压缩器结构参数。对脉冲中心波长群延迟色散进行补偿的同时，使用色散小的熔融石英玻璃使100 fs脉冲边带波长的群延迟色散减小至10 fs2。运用光学设计软件计算光学系统的群延迟色散具有直观、简单、计算量小的优点。

针对宽带超短脉冲的倍频,用光学设计软件设计了10 fs、0.8 μm 超短脉冲的倍频系统,该系统包括4个棱镜、2个聚焦透镜.宽带倍频系统要求脉冲中所有的波长成份在非线性晶体中均能实现相位匹配,据此选择操作数建立系统评价函数；以非线性光学倍频中的允许角度评价光学系统的质量；分别对基波和谐波的光路优化设计,获得的棱镜尺寸、棱镜间距和透镜焦距等参数能够使脉冲中的各频率成份以相位匹配方向入射到非线性晶体或无空间啁啾的合束.此外,编写宏对光学系统中群延色散进行控制,使基波在晶体中心无啁啾,以获得最佳倍频效果,谐波光路引入一定的群延色散补偿谐波中的啁啾,消除了谐波中的时间啁啾,获得高质量的谐波脉冲.

用分步傅里叶算法研究了垂直排列相列相液晶盒中空间孤子的传输。用一束平行光在垂直排列相列相液晶中产生预倾角，另一束入射光沿液晶盒的中央位置射入液晶盒，推导了入射光在液晶盒中的传输方程。数值计算了入射光入射到70 μm厚液晶盒时液晶分子的取向角和折射率分布，还数值模拟了入射光在70 μm和100 μm厚液晶盒中的传输及孤子产生情况。根据理论分析发现垂直排列相列相液晶盒中可以外加一束平行光代替电场产生预倾角。另外还发现，70 μm厚液晶盒中很难得到稳定传输的孤子，100 μm厚液晶盒中不但能得到稳定传输的孤子还能得到周期随入射光强周期震荡的呼吸子。