从色散型介质中三次激光模型出发,通过泛函导数,应用小τ近似计算两维色噪声,得到激光场定态强度分布,研究了定态强度分布的极值点随抽运参量和强度噪声相关时间的变化情况.应用平移1/N展开方法,得到激光场瞬态解,即本征值随抽运参量的变化情况.研究结果表明,抽运参量和噪声相关时间是激光系统出现一级相变类比的关键因素,相位噪声相关时间对强度谱分布中的线宽影响较大.

简化了光子晶体光纤的模式计算公式,计算了六角晶格光子晶体光纤的色散关系,对不同空气柱半径的色散作了比较,发现随着空气柱半径的增加,模式折射率变小,波导模式色散的零色散点向长波方向移动.

利用中心波长在795 nm的线偏振的钛宝石超短脉冲激光除为抽运源,在氦气中观察到40 nm～160 nm第5～17次谐波的软X射线激光辐射,着重研究了高次谐波谱线强度随气压的变化规律,发现高次谐波谱线强度随充气气压的增加而增强,实验中考虑到如果充气气压过高,探测仪器可能受到损害,充气气压没有达到最佳值.

首先根据JONSWAP海面功率谱模型数值模拟出二维粗糙海面,采用几何光学近似与基尔霍夫(Kirchhoff)标量近似计算了二维海面的光散射,计算中将每一面元看成一具有微粗糙度的粗糙面而不是近似地当作平面,并利用投影法与射线追踪法数值计算了一定入射角和散射角下的遮挡函数,有效地提高了海面光散射计算的精确性.最后利用太阳光的光谱辐照度数值模拟了海面的3 μm～5 μm红外散射图像,对于红外探测器抑制海面反射太阳光造成的亮带干扰具有一定的参考价值.

导出了光相位共轭器(OPC)接于常规单模光纤链路中点的色散补偿波分复用(WDM)系统传输带宽的估算公式,并用数值仿真的结果验证了公式的正确性;采用不对称接入光相位共轭器提高传输带宽的方法,导出了光相位共轭器接入位置对传输带宽影响的估算公式,利用公式估算和数值仿真的结果表明,当光相位共轭器处于最佳接入位置时,色散补偿的波分复用系统的传输带宽可以提高近一倍.

给出部分相干光通过硬边光阑后的强度二阶矩的计算公式,由此可得到部分相干光通过硬边光阑后的推广光束传输M2因子.以部分相干高斯谢尔模型光束为例,推导出相应的M2因子,并作了数值计算和分析讨论.

实验发现,光学材料的激光损伤阈值对激光光斑大小有强烈的依赖关系.研究了连续激光和匀质材料相互作用的机制,针对小光斑情形的材料响应和大光斑情形的结构响应分别提出各自不同的物理模型来解释光斑效应.研究表明,材料响应中的光斑效应基于热传导引起的光斑区热弥散,而在结构响应中,边界条件不同,破坏阈值与光斑大小的依赖关系也不尽相同.

从麦克斯韦方程出发,建立了宽带高功率激光放大系统的理论模型,同时用数值方法对宽带和窄带高功率激光放大器进行了计算,讨论了增益变窄效应在放大系统中对放大脉冲的影响,从理论上提出并验证了消除由放大介质发射截面不对称对脉冲造成的畸变的方法.论文对正确设计高功率激光驱动器也具有一定指导价值.

提出了一种用两个光纤光栅作法布里珀罗半导体激光器的外反馈元件,在外加正弦信号的驱动下工作在增益开关状态的双波长自注入式脉冲半导体激光器.对两个波长对应的谐振腔的腔长相同与不同的两种情况进行了实验研究,并成功地获得了波长为1555.97 nm和1557.9 nm,脉冲宽度约为45 ps和70 ps,重复频率约为2 GHz的双波长光脉冲信号.

利用环形腔结构在L波段获得了43 nm(1567.1 nm～1610.1 nm)范围的宽带连续可调谐激光输出.由于同时采用了高浓度掺铒光纤和1480 nm激光二极管(LD)抽运源,极大地降低了激光器的抽运阈值,提高了斜率效率和输出功率.在整个可调范围内,激光器的输出功率达10.9 dBm～12.1 dBm(95 mW抽运),信噪比高于60 dB,在1585 nm的斜率效率为0.201.

采用一种新颖的扭梁设计结构,利用单光纤光栅成功地实现了扭转(扭转角或扭矩)与温度的双参量同时测量.该方法能够有效地解决扭转角与温度的交叉敏感问题,且光纤光栅波长的变化对扭转角、扭矩及扭应力(力臂一定时)均呈线性关系.在-40°～+32°范围内,扭转角、扭矩和温度的传感灵敏度分别达到0.19 nm/(°)、3.29 nm/Nm和0.03 nm/℃,波长线性调谐范围可达14.20 nm.

在载氢光纤上利用振幅掩模板来制作长周期光纤光栅,由于氢气的引入导致光纤光栅的热稳定性变差,这给制作符合要求的光纤光栅造成很大的困难.从理论和实验两个方面指出了在长周期光纤光栅的制作过程中若适当地降低长周期光纤光栅的含氢量,并灵活地运用均匀紫外曝光技术,能够明显地提高长周期光纤光栅的热稳定性.

对脉冲激光雷达外差测距信号进行了研究,理论上,采用调Q激光脉冲的数值计算波形,研究了脉冲激光经远处目标漫反射后进行外差接收的波形及其傅里叶变换频谱成分.实验上,研究了可调谐电光调Q射频激励波导CO2激光器脉冲激光经目标反射后的外差波形及其傅里叶变换频谱成分,并计算了目标的距离,理论分析与实验结果一致.

研究了复用器/解复用器(MUX/DEMUX)滤波特性对光网络系统的影响.考虑了滤波器的带通特性,在噪声为高斯分布的前提下,分析了光网络节点对传输速率为10 Gbit/s的光信号的影响.结果表明,光网络节点传输函数中央平坦区域的微小抖动(0.2 dB～0.5 dB),引起系统性能的严重恶化,最坏情况下功率代价增加2 dB～6 dB;并且中央区域凹陷个数不同,对系统性能的影响也不同,引起功率代价的差别达到1 dB～5 dB.

将长周期光纤光栅简化为三层阶跃折射率波导结构,采用弱导标量近似和泄漏模式的概念结合耦合模理论较全面地、定量地分析了环境折射率变化对长周期光纤光栅谐振峰位置和深度等特性的影响,获得了一些有益的结论,与实验符合得很好.

对一种以磁致伸缩棒调谐光纤布拉格光栅为基础的新型电流传感器进行了理论和实验研究.将一个光纤布拉格光栅牢固地粘贴在一置于多层螺线管中心部分的磁致伸缩棒上,构成传感头.当通过螺线管的电流改变时,磁致伸缩材料在均匀磁场的作用下产生沿纵向的应变并传递到光纤光栅上,从而导致光纤光栅的布拉格波长移动.外加电流和波长移动之间的关系是线性的,线性调谐的波长范围为0.9 nm,电流强度范围为900 mA,灵敏度约为1000 mA/nm,电流强度可精确到10 mA.理论和实验符合得很好.

发现用高频CO2激光写入的长周期光纤光栅的谐振波长会随光栅扭曲而线性变化.当顺时针扭曲时,谐振波长向长波方向漂移;逆时针扭曲时,谐振波长向短波方向漂移.该新型扭曲传感器不但能实现对扭曲率的直接测量,而且能判断扭曲方向,因此具有广泛的应用前景.

设计了一种基于绝缘体上的硅材料的全内反射型阵列波导光栅解复用器件. 将一全内反射波导镜引入原弯曲的波导列阵中,该波导镜具有偏振补偿的功能和缩小器件尺寸的特点.在器件数值模拟的基础上,制作了原理性器件,并获得了初步的实验结果.

利用法布里珀罗振荡模构造了一种新型的光化学传感器.与传统的以表面等离子模和光导模为探针的迅衰场传感器不同,这种新型结构中被传感介质处于法布里珀罗腔的振荡场中,其能量在全部入射光能中的比重占得很大,使得这种传感器具有很高的灵敏度.实验证实这类传感器对葡萄糖溶液浓度和折射率的测量精度皆可达10-5数量级以上.

光束组合器是光学综合孔径望远镜阵重要技术组成部分之一.从光束组合器所产生的光干涉条纹中提取中央条纹(主峰)相位和可见度信息,实现对望远镜状态、延迟线光程补偿与条纹跟踪,光束平行性伺服等进行精细馈控, 从而高灵敏度、高效率地得到图像重构的闭合相位等数据,最后获取高分辨率的目标图像.给出了一个用于光学综合孔径望远镜阵像面光束组合器方案的初步研究结果.

讨论了应用于投影显示系统的满足宽光谱范围、大的入射角、高的消光比的偏振分光镜的设计和制备.提出了一种偏振分光镜的新的设计方法:采用多对迈克尼尔对组合来满足宽入射角范围的要求,采用多个中心波长不同的λ/4膜堆来满足宽光谱范围.设计的偏振分光镜在420 nm～670 nm的波段范围内,在41.34°～48.66°的入射角范围内,达到p偏振光的平均透过率大于85%,p偏振光的平均透过率与s光的平均透过率之比大于1000.并给出了设计实例和样品的实测结果.

对以液晶为腔内物质的液晶法布里珀罗调谐滤光片进行了改进,在原来法布里珀罗腔的两侧各加一偏振镜,使两个偏振镜的起偏方向平行,并且偏振方向都相对于液晶分子长轴的方向成45°角,入射光经多光束干涉后再经偏光干涉,导出其透射峰满足的条件为2(n∥-n⊥)Lcosθ=mλ,这样便克服了原有调谐滤光片两套光谱难以区分的缺点.对改进后的滤光片进行测试,在1550 nm附近对该电调谐滤光片的滤光特性做了细致的分析.

建立了"脉冲激光-连续探测光-连续擦除光"的实验系统.在532 nm的调Q脉冲激发光和不同波长的连续探测光作用下,研究了细菌视紫红质(BR)膜的光循环过程中的快速响应特性及各中间态的快速光吸收特性.观察到了微秒量级的快速光开关现象,并分析了激发光脉冲作用结束时,各中间态上细菌视紫红质分子的分布.

系统研究了Er3+、Yb3+共掺磷酸盐玻璃的激光性质,利用激光二极管抽运,成功地实现了Er3+、Yb3+共掺磷酸盐玻璃激光器的连续运转.在室温下所得到的激光最大输出功率达43 mW,斜率效率为10.6%,激光光谱范围为1516 nm～1547 nm,峰值波长为1533 nm.

在氟铝酸盐玻璃(AMCSBY)中引入Ba(PO3)2替代BaF2,替代公式为10MgF2-20CaF2-(10-x)BaF2-10SrF2-15YF3-35AlF3-xBa(PO3)2(x=0,2,4,6,8).对玻璃进行了差热分析,结果表明,在氟铝酸盐玻璃中引入偏磷酸盐使玻璃形成能力大大提高;测量了玻璃从紫外到红外的透过光谱和紫外吸收光谱,在玻璃中引入偏磷酸钡使玻璃中红外透过能力下降,红外吸收边带移向短波段,玻璃紫外透过能力得到提高.紫外吸收边带移向紫外波段;由于受PO-3的影响,O-H吸收峰由2830 nm移到3145 nm.

研究了氧掺入Ge-Sb-Te射频溅射相变薄膜在400 nm～800 nm区域的光学常数(n,κ)和反射、透射光谱,发现适当的氧掺入能大大增加退火前后反射率对比度,因此可通过氧掺入改良Ge-Sb-Te相变材料的光存储性能.

脉冲法磷光寿命测量中,激发光脉冲参量(脉冲宽度和形状)、用于磷光强度衰减分析的起始时刻的选取是影响寿命计算准确度的关键因素.以线性时不变系统理论为依据,探讨了磷光强度衰减特性与激发光脉冲参量之间的关系,发现对于有限宽度的激发光,激发光脉冲消失之后的磷光强度衰减特性独立于激发光脉冲参量;选取激发光脉冲消失时刻作为磷光强度衰减分析的起始时刻,可获得准确的寿命计算.利用磷光探针氧卟啉(Oxy-Phor R2)标准试样做了针对性实验,实验结果验证了理论的正确性.

4×10 Gb/s非等幅编光时分复用(OTDM)传输系统采用增益开关分布反馈式激光器(GS-DFB)产生超短光脉冲,通过色散补偿光纤(DCF)和梳状色散光纤链(CDPF)实现了脉冲的线性和非线性压缩;利用啁啾光纤光栅实现色散补偿;在接收端,利用电吸收调制器(EAM)实现了光时分复用信号的解复用;同时采用非等幅编码方案提取帧时钟.整个系统经过122 km的G.652光纤传输之后,误码率小于10-9.

以Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体,氙灯作为抽运源,实现了Nd3+:YAG晶体在0.946 μm波长处的调Q运转.激光脉冲宽度为38 ns,能量为1.7 mJ.

报道国内首次制作的宽带低损耗半导体可饱和吸收镜(SESAM).该反射镜已经成功用于钛宝石飞秒脉冲激光器的自启动锁模运转.