采用超极化惰性气体的磁共振成像技术可大大提高肺部影像成像质量，其中自旋交换光泵作为超极化惰性气体的关键，通常是对碱金属铷进行泵浦，为获得较好的泵浦效率，要求泵浦源具有窄光谱宽度和高功率的特点。针对这一需求，提出以体布拉格光栅（VBG）作为外腔反馈元件的795 nm窄谱宽外腔半导体激光器设计，并对VBG的外腔锁模稳定性进行了分析讨论，最终实现了功率为6.36 W，谱宽低至0.036 nm 的795.245 nm单管外腔激光输出，为实现大功率的单管外腔半导体激光器奠定基础。

对比分析了单量子阱TE模和TM模增益谱及其折射率变化谱随应变、阱宽的变化规律,同时分析了应变和阱宽对兼顾增益和折射率变化的影响。进一步考虑波导的光学限制因子及多量子阱阱间载流子浓度分布的不均匀性,提出一种多参数调配方法,据此设计出C波段内兼顾增益谱和折射率变化谱的低偏振混合应变多量子阱结构。最后,通过分析选定合适的载流子浓度。当载流子浓度为3.22×1024m-3时,TE模和TM模3 dB谱宽交叠区面积分别为84.81 nm/cm和74.50 nm/cm,增益偏振相关性和折射率偏振相关性分别保持在4%和6%以内。该研究结果有助于未来全光网络中相关器件的优化设计。

光时域反射仪(OTDR)是通信链路中光纤特性测试的专用仪器, 半导体激光器是OTDR的关键元器件, 激光器的性能直接影响OTDR的测试距离、测试精度等。为适应OTDR的应用需求, 提出并研制了一种非对称分别限制(SCH)激光器, SCH结构可有效提高激光器的输出功率和斜率效率。同时, 采用应变多量子阱结构来提高器件的温度特性。研制的1550nm±20nm工作波长的激光器, 其单模尾纤输出功率大于等于60mW(工作电流300mA, 25℃), 激光器上升/下降时间小于1ns, 完全满足OTDR长距离、高精度测试的使用要求。

提出并优化设计了一种结合光波导谐振技术的窄谱干涉的测速(或测长)技术及其系统,该技术兼有白光干涉的绝对测量和单色光干涉响应多普勒频移的特点。工作光波由分布式反馈激光器经双环石英波导谐振后提供,两支同源窄带光经多普勒频移后叠加干涉,干涉结果包含了速度信息。优化设计采用了多目标优化SPEA2算法,数值仿真结果显示,系统可以达到0.01 mm/s速度变动的测试响应。

为制作应用于在线诊断光谱仪的高分辨率光栅, 通过分析记录参数误差对光栅刻线密度、 聚焦曲线、 谱像宽度等的影响及规律, 提出相应的补偿方法是必要前提。 基于费马原理、 光程差理论及像差理论, 分析了光栅光谱性能对记录参数误差的影响及其敏感性。 在光栅使用参数固定的情况下, 记录角度误差对光谱性能影响较大, 在光栅设计时可通过对记录角度加权的方法来提高记录角度的取值的精确度; 记录臂长误差对光谱性能影响较小; 记录臂长和记录角度的相对误差决定了其对光栅光谱性能影响程度。 结果表明, 单侧记录臂长和角度误差对光谱性能的影响, 可分别通过调节两臂臂长及角度的相对误差进行补偿。 由此可以确定对应用于在线监测光谱仪光栅成像质量影响较大的误差因素, 并给出制作误差的相应补偿方法, 降低曝光系统的调试难度, 为制作在线诊断光谱仪用高分辨率光栅提供理论指导。

高增益和抽运光谱宽等因素会使光参量振荡器输出的参量光谱线大幅展宽。通常在腔内插入标准具、光栅等元件以控制谱宽，但会引入损耗，导致激光器输出阈值增大，转换效率和输出功率降低。报道了一种不使用任何谱宽压缩元件获得窄谱宽高功率中红外激光输出的方案。该方案将窄谱宽和高功率分离，分别获取。搭建了1.064 μm NdYAG主振荡功率放大结构的窄谱宽抽运源。通过调节光参量振荡器中PPMgLN晶体内的抽运光功率和光斑直径，实现晶体内增益强度的控制，从而有效控制中红外激光谱宽。在光参量振荡器中，当抽运光功率约为3倍阈值时，获得了0.7 W、谱宽小于1.12 nm的2.9 μm种子光,再通过两级光参量放大器后，最终获得6.27 W、光光转换效率15.7%的2.9 μm激光输出，谱宽基本保持不变。

激光散斑在相干光成像、全息术、多模光纤通信、计量等领域具有重要的应用.为了对激光散斑进行评价,提出一种在频域采用散斑图像功率谱谱宽作为激光散斑评价的方法,设计了一种基于光纤振动的功率谱散斑评价实验装置.采用0.5W,532nm激光作为光源,通过电压驱动音圈电机振动光纤对激光散斑进行控制,利用CCD图像采集卡采集图像后,分别采用散斑图像的对比度方法和功率谱方法对不同驱动电压下的散斑图像进行了分析评价.结果表明,功率谱方法具有较高的灵敏度及较宽的评价范围.

为了进一步提高平面光栅衍射效率测试仪的测量精度, 分析了影响平面光栅衍射效率测量值的主要因素。根据平面光栅相对衍射效率测量原理, 提出光束截面因子的概念并推导出了平面光栅光束截面因子k(θ)的解析表达式。进一步分析了影响衍射效率测量值的因素(光谱宽度与光束截面因子), 并结合衍射效率测量值定义了两个用于回归分析的自变量。针对作为因变量的理论值与所定义自变量之间存在的非线性关系, 提出了采用二次完全式回归分析的数学方法, 进而建立了提高衍射效率测量精度的修正公式。结果表明: 对平面光栅衍射效率测量值进行修正后, 修正值与理论值之间的误差可控制在±0.5%以内, 提高了衍射效率的测量精度, 改进了衍射效率测试仪的整机性能。

分析了三种不同频谱宽度的光源(激光、绿光LED和白光LED)产生无衍射贝塞尔(Bessel)光束亮暗环的梯度。分别模拟得到在不同位置的光强截面图, 并计算各亮暗环的光强值, 引入对比度的计算公式, 计算了三种不同频谱宽度的光源产生贝塞尔光束亮暗环的对比度, 可以得到频谱宽度越宽的光源产生的贝塞尔光束亮暗环之间的对比度降低, 亮暗环强度梯度下降, 从而导致囚禁粒子的能力降低。根据三种光源的特性设计了实验装置, 并在与理论模拟相应的位置分别拍摄了三种不同频谱宽度光源产生的无衍射光斑图。对实验中拍摄到的光斑图进行对比度计算, 可以得知频谱宽度越宽的光源产生的无衍射光束, 其截面光斑亮暗环的对比度降低, 亮暗环强度梯度降低, 囚禁粒子能力下降, 理论和实验相吻合。