提出了一种实现动态目标散射成像的方法。通过四步相移干涉法测量得到光学传输矩阵,数值仿真了相位共轭、Tikhnov正则化和全变分最小化三种重建算法对透过散射介质的不同动态目标的跟踪与重建,并搭建实验装置,验证了此方法的可行性,分析比较了三种算法的重建能力。结果表明,全变分最小化算法的重建效果最好。该方法为生物医学领域中透过散射介质对动态目标成像提供了新思路。

基于光学传输矩阵实现透过散射介质进行聚焦和成像是近年来光学领域的研究热点。为了测量得到散射介质的光学传输矩阵，并利用光学传输矩阵研究散射介质的特殊性质，首先结合三步相移干涉法测量磨砂玻璃的光学传输矩阵，分析哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的特征值分布特点，然后基于笛卡尔基下的光学传输矩阵以及相位共轭的思想，实现透过散射介质的单点聚焦和多点聚焦，验证散射介质的聚焦点可控特性; 研究相机处于不同位置时透过散射介质的聚焦性质，测量光学系统的焦深; 基于聚焦点可控性质及光学系统焦深，验证系统中磨砂玻璃的类透镜性质。结果表明：三步相移干涉法测量散射介质光学传输矩阵的测量时间短，聚焦的增强因子较高; 哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的实部和虚部的特征值分布均服从高斯分布，与理论结果比较符合，验证了三步相移干涉法对散射介质光学传输矩阵测量的正确性; 所述系统的可聚焦焦深较长，且在焦深范围内均可实现单点聚焦和多点聚焦。

针对数字式二维转镜在光学转像时产生的转角值与实际像移不一致的问题,提出了一种运用光学矩阵修正读数误差的方法。根据二维转台对准读数检测原理建立数学模型,得出修正后的出射光线的俯仰角及方位角。为了验证上述模型的正确性,采用高精度经纬仪对修正后的出射光线方向进行校对。经实验对比,该方法在不提高加工安装精度的情况下修正了二维转镜的读数误差,其精度达到4″。

提出了基于光学传输矩阵的提取太赫兹时域光谱光学参数的理论方法。相比于传统的提取主脉冲方法, 该方法在未来可以推广用以分析主脉冲与次脉冲无法分辨的太赫兹时域光谱。利用该方法得到了蓝宝石(α-Al2O3)样品在0.3~1.0 太赫兹频段的复折射率。通过与利用提取主脉冲方法得到的复折射率的结果比较, 验证了基于光学传输矩阵的理论分析方法的可靠性和精确性。所提出的方法为今后主次脉冲无法分辨的太赫兹时域光谱的准确分析提供了坚实的理论基础。

光子晶体偏振滤波器是利用光子晶体带隙特性来控制信号光偏振状态的一种新型滤波器, 在光纤通信、光学传感测量、光学信息处理等领域均有重要应用。通道数多少是偏振滤波器设计的重要指标, 通道越多则信息容量越大, 越有利于系统的小型化微型化。利用光学传输矩阵法研究了影响一维光子晶体偏振滤波器通道数目的因素, 研究表明：(1）光子晶体缺陷层厚度是影响滤波器通道数目的关键因素, 通道数N与厚度D近似满足线性关系, 在500 ～650 nm波段函数关系为N=0.0035D+0.159; (2）缺陷层折射率nc的变化也会导致通道数改变, 折射率越大通道数越多;( 3）光子晶体单元层数和单元厚度改变不会影响滤波通道数, 但可以调节通道中心波长位置, 同时对偏振度和分离度也有影响。

采用光学传输矩阵理论对Al0.5Ga0.5As/AlAs材料分布布喇格反射器(DBR)进行理论研究,分析了-10℃到100℃的范围内,温度变化对不同DBR结构的反射光谱影响.结果表明:随着温度的升高,传统20周期DBR的反射光谱向长波长方向移动,速率约0.05 nm/℃,其中由线热膨胀系数带来的影响小于0.001 nm/℃.当传统DBR的周期数增大时,温度对DBR光谱反射率的影响在减小,同时DBR的反射谱峰值波长发生红移.为了降低温度对DBR反射光谱的影响,提出一种新型的复式DBR结构.分析指出:该复式DBR比传统DBR有更大的反射光谱半峰宽,基本能覆盖同温度的AlGaInP LED电致发光光谱,这对提高LED的出光效率有现实意义.

提出一种新型的光子晶体双色谐振腔,以光学传输矩阵法为基础给出了设计的关键参量及其优化方法,并分析了其物理原理.根据常用的650 nm/780 nm,532 nm/671 nm,1 079 nm/1 320 nm和1 064 nm/1 319 nm等双色激光谱线,设计了4个光子晶体双色谐振腔结构.这种一维光子晶体谐振腔只需要一个谐振腔,缺陷层两侧周期数为5层时,该腔体总厚度小于5 μm,可获品质因子为103～104,相对带宽为10-4～10-5的双色谱线,且模式纯净,基于基模谐振.

采用文中图1所示的一维光子晶体的缺陷模,应用光学传输矩阵法,证明了由光子晶体的缺陷结构引起的光子禁带破缺,得出:"f"(禁带破缺处对应的入射光频率)随"nc"(插入介质层的折射率)的增加线性下降,数值模拟了它们的几何图形.并根据f-nc的对应关系提出了一种测量介质折射率的方法.

基于Fresnel衍射理论，运用Collins公式，对具有随机位相扰动的波面的功率谱密度(PSD)的传输进行了理论分析，并针对几种典型的光学系统，具体分析了PSD在其中的传输，给出了详细的数值模拟解。