提高高次谐波效率一直是强场物理研究中的一个重要课题,对此人们采取了很多方法,如采用双色场、实现相位匹配、附加一个强电场或强磁场等.本文在研究双色场高次谐波的过程中,发现原子的能级结构对于高次谐波的产生效率有极大的影响,据此提出利用附加共振高频场来大幅度提高高次谐波的产生效率.

研究了飞秒强激光与Ar原子团簇相互作用时的电离机制及库仑爆炸过程,建立了一个简化的模型计算相互作用产生的离子能谱.计算结果与实验结果较为吻合,可以较好地解释离子能谱高能端的主要特征.

利用数值法解非线性薛定谔方程,分析了光脉冲在梳状色散光纤中的传输特性,比较了光脉冲在几种不同的色散变化趋势的梳状色散光纤中的脉冲压缩比及脉冲质量,提出了高阶孤子压缩加梳状色散光纤压缩的方法,并初步讨论了梳状色散光纤对增益开关激光器输出脉冲进行压缩的效果.

双重光纤布拉格光栅无论是在通信领域还是在传感领域都有着重要的应用价值.在分析双重光纤光栅折射率扰动特征的基础上,得出了它的耦合方程,并采用数值计算方法,对它的光谱特性及影响光谱特性的因素进行了系统的分析,重点讨论了两个光栅的关联特性.所用的分析方法和得到的结果对双重光纤光栅的制作和应用具有参考价值.

利用波长为976nm的半导体激光器抽运掺Yb双包层光纤,制成了大功率光纤宽带超荧光光源.最大超荧光输出功率为54.11mW;此时斜率效率为69.35%,中心波长为1082nm,3dB带宽为17.2nm.

成功地研制出了液芯手征光纤,且对其偏振响应特性作了测试,发现同块状手征介质相比,出射光的偏振度及其消光轴都发生了变化.

以真空蒸镀法在K9基底上制备了TeOx单层薄膜.采用特定的定位方法,使用原子力显微镜对不同记录功率下薄膜中短波长静态记录点(514.5nm)的结构进行了分析.实验结果表明薄膜具有良好的记录灵敏性,在记录功率1.5mW时就可产生较高的反射率对比度.记录点具有明显的凹陷和凸起结构,随着记录功率的提高,凹陷和凸起增强,记录点增大.记录点的形态结构和记录前后反射率对比度是直接相关的.研究揭示了原子力显微镜在提高薄膜存储特性如信噪比、存储密度等方面的分析功能.

考虑初始处于纠缠态的三个双能级原子,将其中两个原子分别注入处于真空态的两个腔中,发生共振相互作用.通过对腔外原子进行操作,可使腔内两个原子的发射性质受到很大影响.

实验研究了(Cu,Ce):LiNbO3晶体用蓝光敏化红光全息记录的光强对记录灵敏度和饱和衍射效率的影响.敏化光增加了记录灵敏度,足够高的光强将导致灵敏度的饱和行为.记录光以亚线性的关系Ixr(x<1)增大记录曲线η12t初始记录阶段的斜率,因而降低了记录灵敏度.饱和衍射效率对记录光和敏化光光强的依赖关系表明了存在饱和衍射效率的极大值.

在双掺杂(Fe,Mn):LiNbO3晶体光色效应非挥发性全息存储实验中,观测到光束耦合作用导致的自增强和自衰减效应.根据这种自衍射效应,归纳了四种记录和光固定实验组合方案.实验结果表明,在记录和光固定过程中利用自增强效应得到的最高衍射效率为利用自衰减效应得到的衍射效率的两倍左右,说明在实际应用中必须考虑和利用自增强效应.

在超微弱发光的研究中(例如生物发光),由于发光强度极弱,由像增强器得到的光子图像由于样本(光子)数量太少和受系统暗噪声的影响使其信噪比极低.提出了一种基于统计学的光子图像相关积分方法和基于相关处理的光子图像处理方法,用累积光子来提高图像信噪比并得到相应灰度图像并对该方法进行了计算机模拟,同时展示了光子图像和传统灰度图像的信噪比关系,是进行微弱生物发光信号检测的有效方法.

提出了一种处理激光等离子体中含吸收的图像重建方法,且运用最大熵原理推导出适用于含吸收的重建算法.采用不同的图像实例进行模拟计算,结果表明采用吸收校正方法的精度明显高于不考虑吸收校正的精度.

散斑干涉或电子散斑干涉计量应用于连续运动或变形物体时,就会产生一个时变的散斑干涉场.通过摄像系统连续地采集这一时变散斑场,可获得一系列时间序列散斑干涉图.通过对序列散斑图上各点在时间轴上光强值的变化进行分析,提出了一种基于时间序列的分析方法,用以提取干涉场的相位值,进而获得物体全场变形信息.

提出了一种测量三维面形的新方法.将随机数字散斑投影到参考平面上,深度方向等间距平移参考平面,用CCD摄取时间序列散斑参考集R(t).然后用被测物体取代参考平面,获取物体调制散斑图像O.O中的任意子图像O(x,y)与参考平面簇中对应位置的时间序列子图像R(x,y;t)之间的交叉相关值曲线呈高斯分布,其峰值位置就是被测物点的高度.该方法摆脱了以前数字散斑测量法水平相关思路,是真正的时间序列相关方法;且原理简单,测量精度高,不需要复杂的相位展开和校准过程,特别适用于测量突变面形和空间离散面形.根据测量结果的误差特征,提出了相关值加权邻域平均插值算法,能得到比邻域平均算法更好的测量结果.

对双曲余弦高斯光束通过有硬边光阑的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将矩形域函数表示为复高斯函数叠加的技巧,推导出了解析的传输公式,在特殊情况下,该公式简化为在无光阑情况下的传输公式.对双曲余弦高斯光束通过有光阑限制的薄透镜聚焦系统进行了数值计算,计算结果与直接由柯林斯(Collins)公式所得结果一致,且此解析方法便于进行物理分析,可节约大量机时.

利用矩法分析了飞秒光脉冲的传输特性.结果表明,三阶色散及自陡峭等效应不仅影响脉冲的对称性,同时对脉冲宽度也有着直接的影响.这些结果不依赖于脉冲的形状,具有一定的普遍性.在此基础上给出了双曲正割型输入脉冲在介质中的传输特性,得到了近似解析解,并与直接演化高阶非线性薛定谔方程作了比较.这些结果有助于数十飞秒光脉冲在短距离内的理论分析和实验指导.

以纳秒级调Q倍频的Nd:YAG激光器为抽运源、以自锁模钛宝石激光器输出并经光栅展宽的800nm啁啾脉冲为信号光,实验研究了其宽带BBO-I非共线相位匹配光学参变啁啾脉冲放大(OPCPA)的增益谱.研究结果表明,非共线夹角的变化对BBO-I非共线相位匹配光学参变啁啾脉冲放大的增益谱有很大的影响.

对于腔内含有KTP光学参变振荡器的调QNd:YAG激光振荡器,利用简单的内腔光学参变振荡器动力学模型,用瞬态耦合波方程求解了抽运激光介质反转粒子数、抽运功率和信号光功率的时间演变特性,结果显示对于不同的抽运水平和光学参变振荡谐振腔结构,内腔光学参变振荡器可以产生一个或者多个信号光脉冲.实验中,通过改变谐振腔输出镜的反射率,得到了单个和多个信号光脉冲,实验结果与理论分析相吻合,最后还分析了内腔光学参变振荡器输出的能量和调谐特性.

采用三维时间域有限差分(FDTD)方法研究了扫描近场光学显微镜中光纤微探针的近场分布特性.研究结果表明,锥形裸光纤探针的近场光中,以从探针锥变区侧面泄露的光即传播场为主,当在探针的侧面镀上一层金属膜对于从侧面泄露的光具有较好屏蔽效果,因而比裸光纤探针具有更好的空间束缚能力;无论是裸光纤探针还是金属膜探针,入射偏振光从针尖出射后发生了退极化现象,近场分布中产生与入射光偏振方向垂直的其它两个电场分量,而且金属膜探针的退极化分量对近场分布的影响比裸探针显著得多.如果在近场成像中接收退极化分量而不是总场则可以提高近场成像的对比度.还详细地分析了微探针的近场分布特征与退极化之间的关系.

基于投影莫阿原理,考虑到传统投影莫阿测试系统结构难以达到均匀光照、机械结构相移速度慢且重复精度低的缺点,设计出一种新的投影莫阿三维轮廓投影成像测试系统.利用计算机实时控制亮灭三个光源实现相移,大大提高了系统测试速度,相移重复精度好.采用垂直投影,双电荷耦合器件(CCD)倾斜成像机构,提高了光场的均匀性和可测物范围.该系统特点是测试速度快(全场测量:4s～8s)、相移精度高、测量面积大(最大可为300mm×300mm)、光强照明均匀,系统测量精度可达40μm.详细分析系统

叙述了光纤几何参数的自动测试方法.光纤断面通过显微光学系统成像,由CCD摄像头接收,并通过图像采集系统传输到计算机中,供进一步处理.介绍了测量原理及数学模型,采用了图像增强、图像分割等处理技术,消除图像噪声,从光纤断面图像中提取有效信息.采用不同的算法,精确计算了光纤几何参数,编制了实用化软件.提供了实测结果及二、三维图示.根据上述原理与技术研制的仪器,操作简便,测量精度高.

提出了利用光折变的各向异性衍射特性在单块LiNbO3晶体中建立光折变2×2开关组件的方案.为减少记录的各光折变全息组件之间的串扰,采用局域热固定.基于衍射效率公式,分析最佳衍射效率时入射光强比和写入角之间的关系.所建立的光开关具有小型化和垂直的输入/输出的特点.

采用半导体光放大器的交叉增益调制效应,通过全光方法,实现了1.2Gbit/s光时分复用信号转换成2×622Mbit/s波分复用信号的解复用.它同样具有波分复用信号到光时分复用信号波长变换的功能.

对基于半导体光放大器的交叉增益调制型波长转换器相向和同向两种工作方式进行了研究.实验上分别实现了两种工作方式在1550nm波段的波长转换,比较了相同外部条件下两种工作方式的噪声特性.在全面考虑放大自发辐射噪声及其消耗载流子、增益谱的色散性和有源区内部损耗等因素的基础上,运用放大器的分段模型,计算了不同条件下两种方式的输出噪声功率.结果表明:相向型工作方式受放大自发辐射噪声的影响要远大于同向工作方式,输出放大自发辐射噪声功率的大小主要取决于载流子浓度的高低,而载流子空间分布的不均匀程度则决定两种工作方式输出噪声功率的差值大小.

提出了一种利用优化了的三带相位型超分辨光阑来延长高密度数字化视频光盘(HD-DVD)的焦深的方法,同时使得聚焦光斑进一步减小.利用该器件可以将高密度数字化视频光盘的焦深延长到目前数字化视频光盘(DVD)的焦深长度,并且轴向强度分布也得到了优化.

测量了高掺杂浓度Nd:YAG晶体的吸收光谱和荧光寿命.晶体的主吸收峰在808nm处,Nd掺杂的摩尔分数为0.030的Nd:YAG晶体的吸收系数高达20.7cm-1,荧光寿命为150μs,存在浓度猝灭.进行了钛宝石激光抽运高掺杂浓度Nd:YAG和Nd:YVO4晶体的激光性能对比实验,所用Nd:YAG晶体摩尔分数为0.020和0.025,激光斜率效率分别为29.7%和32%;Nd:YVO4晶体摩尔分数为0.030,激光斜率效率为34.7%,表明了高浓度Nd:YAG晶体在激光性能上与高浓度的Nd:YVO4晶体相当.

研究了Yb:YAG薄片激光器中影响激光介质温度的几个因素.理论和实验均表明减薄Yb:YAG片并增加抽运光被YAG片吸收的次数,是降低激光介质温度、提高激光器输出功率和效率的有效途径.用0.35mm厚的Yb:YAG薄片获得15.9W的1.03μm激光输出,斜率效率超过40%.

在半球成像系统实时跟踪目标的过程中,从受到光扰动影响的圆环像中迅速准确地提取圆环的中心是一个关键.为适应半球成像系统跟踪目标的实时性和抗扰性要求,根据圆的几何对称性,提出了一种矢量纠偏的抗光扰动的圆环中心确定方法.实验结果表明,对于无扰动的圆环图像其误差小于1个像素;对于有扰动的圆环像误差不超过5个像素.

提出了一种新颖有效的光纤光栅带宽调谐方法.将光纤布拉格光栅斜向粘贴到矩形截面弹性梁的侧面上,通过调节弹性梁的曲率,实现了对光纤布拉格光栅的线性带宽调谐,调谐后的光纤光栅带宽可达11.32nm,中心波长的变化小于0.1nm.

合成了6个最大吸收波长位于517nm～524nm的新型吡咯甲川-BF2化合物,测量了它们在无水乙醇溶液中的电子吸收光谱.测试结果表明,6个化合物的激光性能全部优于若丹明6G.