基于光子晶体非线性效应和线性干涉效应设计了全光异或、非和与逻辑门。应用反演定理拆分较复杂逻辑表达式，通过级联组合设计了全光或非门和四输入与门逻辑器件。本文利用时域有限差分法进行仿真模拟计算，对非线性环形腔的耦合特性进行了分析，然后在信号波长为1.47 μm条件下设计了上述逻辑器件，且通过可扩展输入端可设计出更多输入的器件。分析了信号功率对四输入与逻辑器件逻辑功能的影响。结果表明信号光源功率在1.1 W/μm²到3.4 W/μm²之间时，输出端的逻辑对比度均大于10 dB。所设计器件响应时间最短仅1.6 ps，占用面积小，易于扩展与集成，在光处理系统和集成光路中有较大应用前景。

Optical tweezers have proved to be a powerful tool with a wide range of applications. The gradient force plays a vital role in the stable optical trapping of nano-objects. The scalar method is convenient and effective for analyzing the gradient force in traditional optical trapping. However, when the third-order nonlinear effect of the nano-object is stimulated, the scalar method cannot adequately present the optical response of the metal nanoparticle to the external optical field. Here, we propose a theoretical model to interpret the nonlinear gradient force using the vector method. By combining the optical Kerr effect, the polarizability vector of the metallic nanoparticle is derived. A quantitative analysis is obtained for the gradient force as well as for the optical potential well. The vector method yields better agreement with reported experimental observations. We suggest that this method could lead to a deeper understanding of the physics relevant to nonlinear optical trapping and binding phenomena.

文中基于量子阻抗洛伦兹振子（Quantum Impedance Lorentz Oscillator, QILO）模型，研究了含芴二茂铁衍生物的单、双、及三光子吸收特性。首先，理论推导并给出了用有效量子数、电子电量及质量和玻尔半径等微观量表示的该振子四、五阶非线性效应参量的计算参考公式。在此基础上，利用QILO模型，通过拟合取代基为R=NO₂的含芴二茂铁衍生物分子线性吸收光谱，得到了其在400 nm峰值附近的电子跃迁前后的有效量子数，并进一步推算了该分子的双、三光子吸收截面。数值计算结果显示：该化合物分子在793 nm波长附近的双光子吸收截面为 $0.49\times {10}^{-20}\;{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{4} \cdot {\mathrm{G}\mathrm{W}}^{-1}$，在1 260 nm和1 314 nm附近的三光子吸收截面分别为 $2.01 \times {10}^{-25}\;{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{6}\cdot{\mathrm{G}\mathrm{W}}^{-2}$、 $1.00\times {10}^{-25}\;{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{6} \cdot {\mathrm{G}\mathrm{W}}^{-2}$，与实验结果均吻合较好。文中结果说明：QILO模型可以较好地描述以NO₂作为取代基的含芴二茂铁衍生物的单、双、及三光子的吸收特性。根据QILO模型的“依据介质的线性吸收光谱可以估算其多光子吸收截面”的特点，该模型或许能为寻找具有大的双、三光子吸收截面的材料提供一种可供参考的理论分析方法，降低研究多光子过程的综合实验成本。

光的传播通常是互易的，传统的互易性光学器件面临光学衍射极限等问题，限制了其性能的进一步提升。非互易性光学器件能够实现光的单向可控传输，非互易拓扑光子态具有抗背向散射、免疫障碍物和缺陷等多种优异的物理性质，因而在光集成电路、非线性光学等多个领域具有潜在的应用价值。本文聚焦并回顾了非互易拓扑光子学的应用价值和研究进展，分别介绍了通过旋磁材料光子晶体、基于磁表面等离子激元、利用光学非线性效应和基于时间调制等不同的途径和手段实现非互易光子拓扑态的理论依据和研究进展，比较各自特点，并对其未来发展趋势和面临的关键问题进行了分析和展望。

为了在非线性测量系统中获得更好的相位测量结果，提出了一种在几乎消除非线性影响后使用双频光栅投影的相位测量方法。首先，讨论了相位测量系统的非线性效应，分析了频域中存在高阶频谱成份的基本原因，给出了减小非线性效应并分离基频信息的基本方法。然后，在减小系统非线性效应影响的基础上，分析了使用双频光栅投影测量被测物体条纹图像的相位基本原理。为验证所提出的相位测量方法的有效性，进行了计算机仿真和实际实验，获得了良好结果。在仿真实验中，该方法的误差值为有非线性影响方法的27.97%，为几乎没有非线性影响方法的52.51%；在实际实验中，该方法的相位恢复效果最好。表明采用本文方法所测量的相位效果好，误差较小。