基于Richards-Wolf矢量衍射积分理论，研究了拉盖尔-高斯分布圆柱矢量（CV）涡旋光束同轴相向入射到插入了衍射光学元件（DOE）的由两个相同高数值孔径透镜构成的4Pi聚焦系统的聚焦特性。数值模拟结果表明，DOE的相位调制使焦场呈现球形结构，增加DOE的环数可以得到更多的光球。采用六环DOE且两侧入射光束同相时，当拓扑电荷m=0，径向偏振光束聚焦得到6个半峰全宽均为0.42λ（λ为波长）并以间距0.83λ沿轴向排列的单行多光球结构；角向偏振光束聚焦得到每行各5个光球且行间距为0.75λ的双行多光球结构，其大小和纵向间距与径向聚焦结果一致；偏振角为52°的CV光束聚焦可以形成光链结构。m=±1时CV涡旋光束的聚焦也能得到光链结构；m=2时其焦场强度分布会转化为暗通道结构。此外，通过调节4Pi聚焦系统两侧入射光束的相位差还可以控制生成的焦场沿着纵向方向移动，移动距离与相位差为线性关系，且移动速度与相位差的变化速率线性相关。这些结果对于微观粒子的捕获和操控具有潜在的应用价值。

针对相干光偏移正交调幅技术的多载波滤波器组传输(CO-FBMC/OQAM)系统,提出一种基于导频的时域相位噪声补偿算法。建立一个时域相位噪声补偿模型,即相位噪声用时域扩展的离散余弦变换(DCT)近似,相位噪声包括公共相位误差(CPE)和非CPE相位噪声,它们均可通过估计DCT系数来获得。为了计算这些DCT系数,先用基于导频的扩展卡尔曼滤波(EKF)估计CPE,然后将CPE补偿后一部分判决错误概率较高的数据舍弃,仅保留余下的CPE补偿后数据进行预判决用以预估发送端数据,最后在波特率为32 GBaud的背对背CO-FBMC/OQAM系统中对所提算法进行仿真验证。结果表明,对比一种改进的盲相位搜索(M-BPS)算法,所提算法仅有0.5%~2.0%的频谱效率下降。针对64阶QAM、子载波数M=256或512的系统,所提算法的线宽延迟乘积容忍度仍远大于M-BPS算法,但其复杂度仅为M-BPS算法的1/2。

根据并联型游标效应的工作原理，提出一种通过叠加光谱实现游标效应的增敏方法。通过法布里-珀罗（F-P）温度传感干涉仪获得实测的反射光谱，然后在数据处理时叠加上根据F-P干涉原理获得的参考干涉仪的反射光谱，实现了游标效应。在30~55 ℃的温度范围内，实现了5.0380 nm/℃的温度灵敏度。通过改变参考干涉仪的腔长，可以实现可控的温度灵敏度，通过调整参考干涉仪入射光的初始相位，可以使游标包络中用于测量的谷值点落在任何需要的波长位置。同时，分别设计和制备了腔长为118.60 μm的F-P传感干涉仪和腔长为96.60 μm的F-P参考干涉仪，进行了基于并联型游标效应的温度增敏实验，获得了2.7984 nm/℃的温度灵敏度，其与叠加具有相同腔长的F-P反射光谱实现的温度灵敏度一致，相对误差仅为0.57%。可见通过叠加光谱实现游标效应是可行且有效的，同时也很好地解决了参考干涉仪易受外界环境影响的问题。

以最小周期单元包含5个格点的新型Lieb晶格(Lieb-5)为平台,将Lieb-5晶格的格点根据其空间位置分成中心格点和边缘格点,用光束传输法研究具有不同强度值的两组格点对异相八极光束传输的影响。仿真结果表明:无论是采用格点入射还是非格点入射,当中心格点的强度小于边缘格点的强度(两组格点强度为2∶3)时,光束在传输过程中始终保持八峰形状,呈现出强局域性;否则,光束在传播过程中无法始终保持八峰结构,入射格点之间的能量随着传播距离的增加而呈周期性地相互耦合,呈现出一种弱局域性;原因是Lieb-5晶格特有的拓扑结构产生的几何阻挫性能抑制了光束的离散衍射,若晶格的束缚性、光束的衍射效应和异相光束的相互作用达到平衡,则能保持八峰结构,否则光束不能始终保持八峰结构。

通过测量光热振荡周期可以检测出CaF₂光学微谐振腔腔体与环境之间的热耗散率,然而多个振荡周期与热耗散率呈非线性关系,无法利用某个振荡周期值有效测量热耗散率。使用一种基于反向传播人工神经网络的传感数据测量模型,通过测量振荡周期值,实现了热耗散率的有效测量,优化了神经网络参数,提高了热耗散率测量精度。数值仿真结果表明,该方法可有效测量CaF₂光学微谐振腔的热耗散率,对实现基于光学微腔的热参量探测具有重要意义。

针对大线宽和高阶圆形正交幅度调制(C-QAM)的相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统,提出一种基于射频导频(RF-Pilot)和时域扩展卡尔曼滤波相结合的相位噪声补偿算法。该算法通过在接收端预设的RF-Pilot进行时域相位噪声粗补偿,并进行信道估计和均衡。再对信道均衡后的频域数据进行预判决,结合判决后的时域数据和信道均衡后的时域数据,进行扩展卡尔曼滤波,实现相位噪声的最终补偿。基于传输速率为50 Gb·s ^-1和传输距离为100 km的CO-OFDM系统在C-16QAM和C-32QAM两种调制格式下进行了算法的仿真验证。仿真结果表明,该算法相较于原RF-Pilot算法,具有较好的相位噪声补偿效果,且频谱利用率并未显著降低,算法复杂度并未显著增加。激光器线宽为2.1 MHz,且使用C-32QAM时,该相位噪声算法补偿的误码性能可达到前向纠错上限,从理论上证明使用该算法可提高CO-OFDM系统对激光器线宽的容忍度,线宽较宽的廉价分布式反馈激光器可作为CO-OFDM系统的发射端光源和接收端本地振荡。该算法能扩展大线宽CO-OFDM系统在长距离接入网和城域网中的应用。

针对高阶正交幅度调制和大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统,提出了一种基于广义回归神经网络(GRNN)的非线性均衡算法。将接收端进行相位噪声恢复之后的批量数据作为训练数据样本,通过训练学习得到GRNN的唯一参数平滑因子,然后对测试数据进行非线性均衡。对传输速率为50 Gb/s,传输距离为100 km的CO-OFDM系统进行了仿真验证。仿真结果表明,在大线宽和高阶调制下,GRNN非线性均衡算法对系统非线性损伤的补偿效果优于相应反向传播神经网络(BPNN)非线性均衡算法,且其训练运行时间远小于BPNN。GRNN非线性均衡算法能极大促进CO-OFDM系统在中长距离光纤传输中的应用。

运用交替隐式光束传输法研究了异相和同相四极光束在自聚焦光诱导的四方晶格中的传输特性。给出了异相和同相四极光束在连续均匀介质、自聚焦介质和自聚焦光诱导的光子晶格中的动态演化。在均匀介质中传输时，异相四极光束发生线性衍射，峰值强度逐渐变小，光束间相互排斥，峰值间距变大；而同相四极光束先各自衍射，而后聚合为单束光，峰值幅度先减小后增加，继续向前传输，光束衍射，峰值递减。引入自聚焦光折变介质后，异相四极光束发生自聚焦现象，且相互分离现象更加明显；而同相四极光束相互吸引融合为单束光，能量几乎全部汇聚到晶格中心点。引入自聚焦光诱导光子晶格后，异相四极光束一定条件下能形成稳定传输的异相四极孤子，其对角波峰相位相同，相邻波峰相位差为π；而同相四极光束在一定的条件下能形成局域的同相四极孤子，其波峰相位均相同。

基于高阶正交幅度调制(QAM)和大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统, 提出了一种在时域进行无迹卡尔曼滤波(UKF)的相位噪声补偿算法。该算法在接收端基于训练符号频域卡尔曼滤波实现信道均衡, 用较小的频域导频数据开销进行频域扩展卡尔曼滤波, 先补偿公共相位误差(CPE)噪声, 然后将CPE噪声补偿之后的数据在时域进行载波间干扰(ICI)相位噪声粗补偿。对相位噪声粗补偿后的频域数据进行预判决, 结合接收端原始时域数据, 在时域对判决后的数据进行UKF以实现ICI相位噪声的精细补偿。对精细补偿之后的频域数据再进行相位噪声粗补偿并进行迭代运算, 极大地提高了相位噪声的补偿效果。对50 Gbit·s-1的CO-OFDM系统进行了传输距离为100 km的仿真, 与其他算法相比, 所提算法的频谱利用率极高, 且具有较好的补偿效果。对激光器线宽为700 kHz且调制方式为32QAM的传输信号进行二次迭代后, 所提相位噪声补偿算法的误码率性能仍可达到前向纠错上限。所提算法促进了大线宽CO-OFDM系统在长距离接入网和城域网中的应用。

针对基于高阶正交幅度调制(QAM)的大线宽相干光正交频分复用(CO-OFDM)系统, 提出了一种基于时域和频域卡尔曼滤波(KF)联合估计的相位噪声补偿算法。所提算法在发射端插入时域训练符号和导频序列, 在接收端基于训练符号进行频域卡尔曼滤波后得到信道估计值, 进行时域扩展卡尔曼滤波(EKF)后得到相位噪声粗略估计值。时域相位噪声估计值为复数值, 为获得较好的补偿效果, 根据导频序列数目将每个OFDM符号分割为若干个亚符号。在导频序列处进行时域EKF, 通过在每个亚符号最后一个导频处进行线性插值, 得到每个采样点的相位噪声粗略估计值。对粗略相位噪声补偿后的频域数据进行预判决, 并对时域相位噪声进行精细补偿。采用所提算法对传输速率为50 Gbit·s-1 、传输距离为100 km的CO-OFDM系统进行了数值模拟, 结果表明所提算法与其他方法相比取得了较好的补偿效果。对于激光器线宽为1 MHz(16QAM)和800 kHz(32QAM) 的CO-OFDM系统, 误码率可达前向纠错上限。