提出以单缺陷双边带非线性载流子输运方程描述InP∶Fe中光折变动态光栅的写入过程,通过微扰法将非线性方程线性化,从而求得小调制干涉图样下空间电荷场的稳态解,并用耦合波方程建立空间电荷场与增益系数的关系。研究温度、泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响。结果表明,增益系数存在温度-光强共振,最佳泵浦光强强烈依赖于晶体工作温度;施加直流电场对增益系数有明显提升作用,在10 kV·cm ^-1范围内增益随外加直流电场增加而线性增加;并且,在温度-光强共振条件下存在最佳入射角。在室温为298 K和外加电场为5 kV·cm ^-1时,最佳泵浦光强为218 mW·cm ^-2,最佳入射角为5°。通过InP∶Fe双波混频实验研究泵浦光强、外加直流电场和入射角对增益系数的影响,实验结果表明,增益系数变化规律与理论预测一致,验证了单缺陷双边带模型的合理性,该研究为Ⅲ-Ⅴ族半导体光折变晶体的双波混频研究提供重要的参考价值。

在连续谱激光(532 nm)照射下, 观察到联苯衍生物有光折变现象。本文制备了(4-羟基苯基)-5-嘧啶醇、4′-羟基-4-联苯基腈、3-氨基-4-苯基苯酚和4, 4′-Biphenol两类实验样品, 将联苯衍生物分别溶于N, N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中, 获得溶液浓度比为2wt%的4个溶液样品; 将联苯衍生物溶于无水乙醇通过常温慢速挥发, 制成了4个单晶体样品。在激光照射下, 2-(4-羟基苯基)-5-嘧啶醇、4′-羟基-4-联苯基腈和3-氨基-4-苯基苯酚3个溶液样品中观察到周期性对称的明暗相间的空间条纹。无论如何增大激光功率密度, 在4,4′-Biphenol溶液中, 都没有观察到类似的空间条纹。在强光功率密度照射下, 2 -(4-羟基苯基)-5-嘧啶醇、4′-羟基-4-联苯基腈、3-氨基-4-苯基苯酚3个单晶体出现光斑畸变, 同样在4, 4′-双酚单晶中没有观察到光斑畸变。在激光照射下或无光照射时, 测量到具有非对称基团的联苯衍生物样品的光电流与暗电流相差大约为10 nA。光斑畸变的伸长方向与激光的偏振态有关。在溶液和单晶样品中, 光斑畸变的光功率密度的阈值分别是100 W/cm2和10 W/cm2。上述实验结果可认为对称的周期性明暗空间条纹是由光折变效应引起的, 激光通过样品时, 由于联苯衍生物的极性分子受光电场的作用, 在光照区与非光照区产生空间电荷场, 由该空间电荷场引起样品折射率变化, 从而形成明暗相间的空间条纹。本文首次发现联苯衍生物是一种光折变材料。

研究了诱导光的偏振态对激光诱导原子数分数为3% 掺镁同成分铌酸锂晶体和原子数分数为3%掺铪同成分铌酸锂晶体畴反转的影响。用数字全息干涉测量的方法再现了激光诱导畴反转过程中的相位分布。通过对比线偏振、圆偏振和椭圆偏振不同偏振态诱导光形成的成核场，认为诱导过程中出现的沿z方向的空间电荷场对激光诱导优先畴成核有着非常重要的影响。不仅给出了激光诱导畴工程进一步优化的基本信息，而且为激光诱导畴成核理论的研究提供了新的实验依据。

针对相对论磁控管中自磁场的产生与分布、自磁场对电子运动的影响以及自磁场对互作用的影响进行了深入分析。分析认为, 由于自磁场分布的不对称, 自磁场对不同区域电子束的作用不同。加速器一侧的电子束受到更明显的自磁场作用, 促使此区域的电子束角向速度增加, 直接激化模式竞争。同时, 如果阴极比较靠近加速器一侧的1/4区域(距磁控管对称中心大约1/4高度), 模式竞争将进一步被激化。

研究了514 nm可见激光诱导掺铪摩尔分数为3%同成分铌酸锂晶体优先畴成核。利用数字全息干涉术实时记录监测激光诱导优先畴成核过程,再现了该过程中晶体内诱导区域相位分布的变化,通过测量证实成核场随诱导光强的增强呈指数减小。在实验基础上提出诱导过程中出现的沿Z方向的空间电荷场对激光诱导优先畴成核有着非常重要的影响,并给出了激光诱导铌酸锂晶体优先畴成核定性的物理模型。不仅能够为激光诱导晶体铁电畴工程的优化提供重要信息,而且能够为激光诱导铌酸锂晶体优先畴成核机制的研究提供重要实验依据。

以双中心模型为基础, 理论研究了连续光条件下近化学比LiNbO3:Fe和LiNbO3:Fe:Mn晶体在稳态情况下的非挥发双色二步全息存储性能.通过考虑在深、浅能级中心之间所有可能的电子交换过程, 从理论上证实了在低光强范围内LiNbO3:Fe晶体比LiNbO3:Fe:Mn晶体有着更大的空间电荷场、更高的记录灵敏度和动态范围.

利用G C Valley的准连续光(Quasi-cw)近似模型，研究了短脉冲激光(纳秒ns量级)在光伏光折变材料LiNbO3晶体中写入和擦除光折变光栅的过程，给出了空间电荷场随时间变化的表达式.理论研究表明，空间电荷场的形成和擦除与两个时间参量有关，在考虑或者不考虑光生伏打效应两种情况下，这两个参量随擦除光强的变化有基本相同的变化规律，光栅的写入和擦除有相同的结果.同样，擦除一个光栅所需的光能量在两种情况下也有相同的结果.因此，在短脉冲光入射光折变晶体材料情况下，考虑光生伏打效应与不考虑光伏效应，对短脉冲光在光折变LiNbO3晶体中写入和擦除光栅基本没有影响.

通过数值模拟的方法，研究了高阶空间电荷场对匹配高斯光束在光伏光折变晶体中自偏转特性的影响。结果表明，对于给定的与晶体参量匹配的高斯光束， 高阶空间电荷场对其自偏转特性的影响与外电场和光伏场的极性和强度，以及入射光束的强度有关。当外电场、光伏场、入射光束的强度取不同的参数组合时， 就可以控制高斯光束的偏转程度，在三者特定的参数组合下，还可以实现高斯光束偏转方向的改变，进而实现高斯光束的无偏转稳定传播。

利用理论分析和数值计算的方法研究了矩形波导内均匀电流密度的带状电子束模型的空间电荷场,给出了该带状电子束模型的空间电荷场的解析表达式,并研究了空间电荷场随带状电子束的几何参数和物理参数的变化规律。研究表明:在不改变电流密度的前提下,更宽的电子束可以传输更强的束流,而空间电荷场并不随束宽度的增大而增大,但是增加电子束厚度会使空间电荷场显著增强,从而不利于高流强电子束的传输;对于相同电流的带状电子束,保持电子束厚度不变,增大电子束宽度,相应地降低电流密度是降低空间电荷场的一个很好的途径,而保持电子束的宽度不变,增大束厚度,相应地降低电流密度只会使沿着电子束截面宽度方向的电场减小,而沿着电子束截面厚度方向的电场基本不变;对于相同电流和电流密度的带状电子束,更宽、更薄的电子束横截面尺寸能使沿着电子束截面宽度方向的电场降到更低,而沿着电子束截面厚度方向的电场只是略有减小。

以双中心模型为基础, 理论研究了LiNbO3∶Fe∶Mn晶体在稳态情况下的非挥发双光双步全息存储性能。采用数值方法, 通过比较深（Mn2+/Mn3+）、浅（Fe2+/Fe3+）能级之间所有可能的电子交换过程, 发现由隧穿效应引起的深浅能级之间直接电子交换过程对总的空间电荷场的大小起着决定性的作用。同时, 这一电子交换过程对晶体非挥发全息存储性能也起着至关重要的作用。此外, 还从理论上证实晶体中总的空间电荷场的大小主要由深能级的空间电荷场所决定。