大功率超快脉冲激光和气体相互作用可产生非线性荧光光谱，不同的气体分子具有不同的非线性荧光光谱，因而这种光谱可以作为物质的指纹模式加以识别分类，进而获知气体的成分。由于不同气体分子的光谱在同一波段上有很大的交叉重叠，用传统的光谱分析方法分析存在困难，采用神经网络方法分析上述非线性荧光光谱，利用经过预处理的荧光光谱数据作为模式样本，其中一部分样本作为学习样本对级联神经网络进行训练，用训练好的网络对所有样本进行实时识别，学习样本和测试样本的的正确识别率均可达100%，结果表明此方法可实时判断混合气体的组分。

X射线荧光全息术是一种新型的显微成像技术，它能在原子水平上直接观察到晶体内部的三维结构。然而它所得到的原子像存在明显的孪生像现象。因此，采用多重能量的全息记录来消除孪生像。分别以单个和多个铁原子为模型，数值模拟了它们在4π立体角范围内、不同范围的入射能量的情况下记录的全息图。比较由这些全息图重构得到的原子像，发现入射能量范围越宽，其消除孪生像的效果越好，而且随着入射能量的提高，其原子像的分辨力也越高。

极端紫外光刻(EUVL)作为实现100～32 nm特征尺寸微细加工的优选技术，其光刻物镜的光学性能是实现高分辨图形制作的关键。利用光学设计软件CODE V对6枚非球面反射镜构成的光刻物镜设计和光学性能分析，其分辨力可以实现50 nm，曝光面积为26 mm×1 mm。结果表明，光学性能对曝光场点的依赖关系。在全曝光场中进行了光学性能分析，其最大畸变为3.77 nm,最大波面差为0.031λ(均方根值)，该缩小投影物镜完全可以满足下一代极端紫外光刻机的性能要求。

提出了一种可对大矢高、非球面微透镜阵列面形进行精确控制的新方法。针对不同面形的微透镜阵列，该方法首先对光致抗蚀剂表面的曝光分布进行设计，然后，利用光致抗蚀剂显影过程中的阈值特性，对微透镜的面形实行控制。当抗蚀剂显影速率接近0时，即可获得设计的微透镜面形。该方法不仅大大提高了微透镜阵列矢高的加工范围，而且还减小了光刻材料显影特性对微透镜面形的影响，提高了微透镜阵列的面形控制精度，在实验中获得了矢高达114 μm的微透镜阵列。最终实现了大浮雕深度、大数值孔径、非球面微列阵光学元件的面形控制。

自行研制了一套双积分球系统，应用该系统对离体小鼠皮肤在渗透剂无水甘油作用下，光学特性参量的变化进行了实时监测。实验结果表明：在无水甘油作用下，随着时间的延长，小鼠皮肤的约化散射系数明显减小，吸收系数略有增加，并最终导致了有效衰减系数的减小；但当作用时间超过25 min后，样品的光学特性参量会趋于恒定。为生物组织光学特性控制作用提供了新的方法，这对组织光学成像研究是非常重要的。

生物组织是一种复杂介质，在许多情况下仅仅用各向异性因子g来描述其散射特性是不够的。由于二阶参量γ是一个与相函数的二阶矩g2有关，并表示与一阶参量g1关系的量，因此用g和γ两个参量能更好地描述组织的光学性质。对几种目前用于描述人体组织的相函数及其二阶参量作了简要讨论，在此基础上研究了相函数的选取对测量参量γ的影响。研究表明γ是一个可测量的组织参量。研究工作对于建立含有相函数高阶矩的漫散射理论，对如何测量生物组织的高阶参量γ，并能够准确测量其它光学参量具有重要理论意义和实际应用价值。

从理论上计算了由于光束倾斜入射产生的棱镜起偏系统角谱宽度的压缩效应，计算结果表明，入射光束相对于棱镜入射面的入射角越大对角谱宽度的压缩就越明显，不同材料的基底折射率的差别对角谱宽度的压缩影响不大。通过举例从膜系设计的角度进一步论证了这一结论。还指明在实际系统中可以保持入射光束的相对角度不变的情况下，通过改变棱镜的形状来达到倾斜入射的目的从而实现角谱宽度的压缩。对如何设计出高性能的宽角宽光谱偏振分束镜具有重大的指导意义。

借助于不同的色散公式，运用改进的单纯形法拟合分光光度计测得的透过率光谱曲线，来获得薄膜的光学常数和厚度。用科契公式分别对电子束蒸发的TiO2和反应磁控溅射的Si3N4，以及用德鲁特公式对电子束蒸发制备的ITO薄膜进行了测试，结果表明测得的光学常数和厚度，与已知的光学常数以及台阶仪测得的结果具有很好的一致性。这种方法不仅简便，而且不需要输入任何初始值，具有全局优化的能力，对厚度较薄的薄膜也可行。采用不同的色散公式可以获得各种不同薄膜的光学常数和厚度，这在光学薄膜、微电子和微光机电系统中具有实际的应用价值。

利用直流磁控反应溅射法制备了SbOx薄膜，利用X射线衍射分析仪和光谱仪分别研究了这种薄膜热致晶化的微观结构和光学性质的变化，并通过非晶态薄膜粉末的示差扫描量热实验测出不同加热速度条件下结晶峰温度，研究了这种薄膜的结晶动力学。发现沉积态SbOx薄膜为非晶态，非晶态SbOx薄膜在热致晶化过程中发生了两种变化，分别对应为较低温度下Sb晶体和较高温度下立方Sb2O3相的生成。退火后晶态薄膜中出现了单质Sb和Sb2O3，300 ℃退火后Sb2O3相含量最大。晶态薄膜的反射率均高于沉积态，在晶态薄膜中200 ℃退火的薄膜反射率最大。

利用非等温等离子体化学气相沉积(PCVD)工艺制备了一种适合于大容量高速率长途干线网与城域网的中芯下陷型纤芯结构非零色散位移光纤。该光纤的有效面积大于95 μm2，在1550 nm波段的色散值约为9 ps/(nm·km),有效的抑制了传输过程中光非线性效应的产生。通过对光纤剖面结构的优化设计,光纤的1550 nm处的传输损耗降到约0.21 dB/km，与传统单模光纤的熔接损耗低于0.11 dB，且在直径为60 mm圆筒上绕100圈后在1460 nm到1625 nm波长范围所引起的附加弯曲损耗均低于0.02 dB/km。同时，该光纤色散斜率低于0.065 ps/(nm2·km),偏振模色散(PMD)小于0.05 ps·km-1/2。此外，由于光纤的零色散点移到了1430 nm以下，使波分复用(WDM)传输在S波段(1460～1530 nm)、C波段(1530～1565 nm)、L(1565～1625 nm)波段上都兼容。

金属包层长周期光纤光栅可用于对谐振波长的调谐。通过实验和理论研究了长周期光纤光栅在沉积金属包层前后谐振波长的变化规律。分析了金属包层光纤的特点，给出了金属包层光纤包层模的本征方程，并给出了这一复本征方程的求解方法。长周期光纤光栅在沉积金属包层后，对低阶包层模，谐振波长会向长波方向偏移，模次增加，偏移会增大；对高阶包层模，谐振波长向短波方向偏移。不同金属包层，谐振波长的偏移量也有一定差别。所给出的理论分析方法，可用于预测谐振波长的偏移方向和大小，对设计和制做这类长周期光纤光栅提供理论参考。

振幅掩膜紫外写入的长周期光纤光栅的纤芯折射率分布函数为矩形波。以三层阶跃折射率光波导结构为基础，用弱导标量近似和标量耦合模理论分析折射率调制类型为矩形波的长周期光纤光栅的特性。详细地给出了耦合模方程近似处理的方法，并说明了其合理性。用数学软件Matlab进行了数值模拟计算，发现折射率调制类型为矩形波的光栅传输谱不是由它的各次余弦光栅谱的线性叠加而成的。还研究了外部环境折射率、包层半径、光栅占空比等光栅结构参量对矩形折射率调制的光栅传输谱的影响。同时指出了每阶包层模的双谐振峰位置随光栅参量的变化规律。

研究了的一种新型温度不敏感型阵列波导光栅(AWG)。该新型温度不敏感型阵列波导光栅的波导采用混合材料的波导结构，该混合材料波导通过在石英波导芯层上旋涂聚合物材料的上包层，达到改变波导温度特性的目的，使得阵列波导光栅的温度敏感性降低。通过理论分析和有限差分方法研究了其中两种结构：三层混合材料波导构成的阵列波导光栅和四层混合材料波导构成的阵列波导光栅，计算了该新型温度不敏感型阵列波导光栅的温度特性。结果表明，在一定的设计下，温度变化0～50 ℃时，这两种温度不敏感型阵列波导光栅的最大波长漂移量小于0.03 nm，不到无温度控制时常规阵列波导光栅最大波长漂移量的4%。

研究了具有实虚部间关联的量子噪声和抽运噪声驱动的单模激光系统输入信号后的统计性质，采用线性化近似方法计算了系统的稳态平均光强相对涨落，分析了量子噪声实虚部间关联系数、量子噪声强度、抽运噪声强度、输入信号振幅和频率、净增益等对稳态平均光强相对涨落的影响，发现在量子噪声实虚部间弱关联、小噪声、远离阈值、信号振幅不大和频率较高的条件下激光场的统计涨落较小。

研究了超短脉冲贝塞尔光束在色散介质中的传输特性，指出空间诱导色散效应可以用来补偿介质色散作用，从而可以在色散介质中实现无衍射无色散的类时空孤子波的传输。用理论推导和数值模拟的方法得到的具有反常色散性质的空间诱导色散可以有效地补偿介质色散。数值模拟的结果表明，由于超短脉冲贝塞尔光束的无衍射无色散传输距离受到高阶色散效应和贝塞尔光束空间受限两方面的限制，无衍射无色散传输只能在有限距离内近似实现。通过增加脉冲长度可以减小高阶色散效应的影响。在传输距离小于衍射距离时，空间诱导色散效应可以很好地描述脉冲演化和色散补偿过程。

从理论上设计并从实验上实现了一种简单易行的环形谐振腔结构，它仅由两个耦合器连接成一个环形谐振腔，可以使得逆时针运行光的增益高于顺时针运行光的增益，其比值取决于两个耦合器耦合比的选取。将此作为掺铒光纤激光器的谐振腔，由于两个相反方向具有不同的损耗，因而可以实现在不需要隔离器的情况下也能保证激光的单向运行，从而简化了器件结构，消除隔离器的插入损耗，降低了成本。在实验的过程中使用两个3 dB耦合器，结果表明，在阈值及其以上抽运功率下，两个相反方向的输出功率差始终大于17 dBm，基本实现了激光的单向运行。

报道了一台高功率内腔倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器，针对KTP晶体热效应和激光热稳定腔，采取了对KTP晶体进行低温冷却的优化措施，以便减少KTP晶体的热效应导致的相位失配，同时兼顾了Nd∶YAG棒的热致双折射效应和KTP晶体热透镜效应，设计了热稳定谐振腔；实验中采用80个20 W激光二极管阵列侧面抽运Nd∶YAG棒和Ⅱ类相位匹配KTP晶体(在27 ℃时相位匹配角为=23.6°；θ=90°，尺寸为7 mm×7 mm×10 mm)内腔倍频技术，谐振腔腔长为530 mm，KTP晶体的冷却温度为4.3 ℃，抽运电流为18.3 A时，实现平均功率达104 W、脉冲宽度为130 ns的532 nm激光输出；其重复频率为20.7 kHz。光光转换效率为10.2%。

提出了一种结构新颖的L波段环形腔掺铒光纤激光器。用掺铒光纤作为增益介质，采用980 nm激光器作为前向抽运源，利用起偏器和偏振控制器获得L波段激光，利用光环形器将后向的放大自发辐射再引入铒光纤的前端，重复利用。当抽运功率为103 mW时得到了阈值功率约为23.87 mW，输出功率达6.34 mW的激光输出，斜率效率约为8.05%,与没有重复利用后向放大自发辐射谱的掺铒光纤激光器做比较，该结构对L波段掺铒光纤激光器的性能有明显的提升作用。对于长度不合适的铒纤，在没有重复利用后向放大自发辐射谱时没有获得激光输出；而在利用后向放大自发辐射后，在阈值功率约为88 mW时得到了激光输出，从而很好地证明了上述结论。

从光学电压传感器的原理出发，在周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体倍频(SHG)效应基础上，提出了一种新的光学电压传感方法，讨论了周期性极化铌酸锂不同长度、不同占空比对该电压传感性能的影响，并给出了图示。结果表明：当周期性极化铌酸锂长度一定，在占空比为0.3或0.7时，灵敏度最高；在占空比趋于0.5，但不等于0.5时，电压测量范围最大；长度增加，灵敏度提高，但测量范围变小。这些结果为制作此类传感器提供了可靠的理论依据。

对三维自散焦介质中由交叉相位调制效应诱导的光束聚焦过程进行了系统研究，讨论了抽运光振幅、抽运光信号光初始偏移和抽运光信号光波长比三个参量对信号光聚焦过程的影响。根据自散焦介质中强抽运光诱导弱信号光聚焦满足抽运光与探测光模型，对传输方程进行了优化，大大减少了数值模拟运算时间。数值方法采用分布傅里叶方法。数值模拟结果表明：抽运光越强、抽运光信号光波长比越大，信号光聚焦程度越大；抽运光信号光初始偏移存在一个最佳值，使得光束聚焦达到最佳效果。通过参量最佳值的选择，可提高光束聚焦的效率。

通过联立两中心带输运物质方程和双光束耦合波方程，建立了双掺杂LiNbO3晶体采用双色光（紫外敏化光和He-Ne记录光）实现非挥发性全息存储的动力学模型。理论上分析了深、浅两杂质中心的微观光学参量（包括敏化光的深中心和浅中心光激发系数、记录光的浅中心光激发系数以及深中心和浅中心的电子复合系数）对记录饱和衍射效率和固定衍射效率的影响。数值计算表明，在双掺杂LiNbO3晶体的非挥发性全息存储中，为了得到高的固定衍射效率，应该选择复合系数较大、记录光激发系数较高、敏化光激发系数较低的浅杂质中心以及敏化光激发系数较高、复合系数最佳的深杂质中心。

研究了系列Ce∶Fe掺杂以及不同后处理态(生长态、还原态和氧化态)铌酸锂晶体的透过率光谱和光折变全息存储特性。实验结果表明单掺Ce铌酸锂晶体具有较好的图像存储质量和较宽的透过率光谱范围，二波耦合增益相对较低；高掺杂铌酸锂样品的透过率光谱范围较窄,光折变二波耦合增益较低。晶体的后处理对铌酸锂样品的光折变特性影响明显，双掺Ce∶Fe还原态铌酸锂晶体具有较高的二波耦合增益；氧化态样品具有较大的透过率光谱范围；还原态样品具有较大的光折变二波耦合增益特性。实验结果还表明在同种样品中难于同时获得大的二波耦合增益和图像存储质量。

将支持向量机用于混沌光学系统的辨识，以布拉格声光双稳混沌系统为例，通过计算机仿真实验，尝试了用最小二乘支持向量机进行混沌光学系统辨识的可行性，并将其与采用反向传播算法的前向神经网络辨识方法进行了比较。采用最小二乘支持向量机辨识的优点是其训练过程遵循结构风险最小化原则，不易发生过拟合现象；它通过解一组线性方程组可得到全局唯一的最优解；最小二乘支持向量机的拓扑结构在训练结束时自动获得而不需要预先确定。结果表明，本方法的辨识精度和速度均优于基于反向传播算法的前向神经网络，且对含噪混沌光学系统的辨识也同样适用，它可作为混沌光学系统辨识的有力工具。

导出了相邻阶第二类变型贝塞尔函数的比值在小宗量的逼近形式，利用Lentz-Thompson方法计算相邻阶第一类贝塞尔函数的比值在小宗量的值，计算精度为浮点数系统的最低有效位。从而解决了求解大芯径、大数值孔径阶跃光纤的特征方程时，贝塞尔函数溢出双精度浮点数表示范围的问题。分别对多模石英光纤和大芯径大数值孔径的聚合物光纤的传导模特征方程进行了求解，石英光纤的传导模特征值计算结果与Optiwave公司的软件一致；对于聚合物光纤，算法给出了所有模式的计算结果，其中模式角向序数小于70的计算结果与Optiwave公司的软件一致，而Optiwave公司的软件不能计算角向序数大于70的模式。

利用布拉格光栅阵列，实现了在波长和时间上的素数跳频码的编解码。利用该编解码器，完成了在两个发送用户和一个接收用户的条件下，传输速率从20 Mb/s到1.4 Gb/s的光码分多址通信系统。研究了当系统传输速率超过相邻布拉格光栅间距限制条件时，系统的性能变化情况。结果表明当用户数不超过（3/2）Ps（素数跳频码的扩展因子）时，速率超限对系统性能基本无影响。在同样误码率要求条件下，地址码较长的系统，传输速率可以达到限制速率的2～3倍而不会造成明显的系统性能下降。这表明相邻布拉格光栅间距条件所限制的系统速率并非不可逾越的。

双焦点干涉显微镜因其高稳定性和高分辨率的特点而受到重视，其核心元件双折射透镜由一片双折射晶体和一片光学玻璃胶合而成。为了双折射透镜的设计工作方便，引入 “伪色差”概念，定义“伪色散倒数”，从而可以借用现有的初级像差理论，运用PW方法，给出满足不同设计要求的三种双折射晶体和三种玻璃配对的双胶合透镜的初始结构表格，在不同的应用场合，可用OSLO软件进行像差计算和优化设计，取得需要的结果。为了便于评价这种特定的结构，定义紧凑因子γ作为一个评价指标。给出采用方解石和ZF1作材料的设计实例，该设计结构紧凑（γ＝0.25）。

对向列相液晶BL-009作了电控双折射特性的研究。实验上采用简单、精确的偏光干涉法，利用岛津UV-3101 PC型分光光度计，在入射光波长为630 nm时，测出了液晶的透射率随交流电压的有效值和频率的变化曲线，从而得到液晶电控双折射率随电压的有效值和频率变化曲线。分析实验数据，可知液晶的电控双折射率随电压有效值的升高成一阶指数下降，而且，随电压频率的升高，在一定的范围内基本成线性下降。此实验结果对液晶器件的设计、制作、使用都具有一定的参考价值。

以掺铒磷酸盐玻璃中铒离子寿命随OH含量变化为依据，系统研究了碱土金属离子类型和含量对磷酸盐铒玻璃除水性质的影响。结果表明，采用通干燥O2和CCl4除水工艺可有效降低玻璃中OH含量，除水效果在通气的最初阶段最为明显，玻璃中OH含量降低速率随通气时间延长而减慢，最终趋于动态平衡。值得指出的是，在相同通气时间，磷酸盐铒玻璃的荧光寿命随碱土金属离子半径增大而减短。含有较高浓度碱土金属离子的磷酸盐铒玻璃具有较短的荧光寿命，并且在停止通气后熔体重新吸水的能力变大。

圆柱坐标下的多视角(孔径)扫描拼接方法主要针对类似回转物体面形的拼接测量，用该方法在对非单一回转轴，或者近似回转轴位置远离坐标轴形式的一类物体面形的拼接测量时遇到了困难，把拼接方法推广到基于虚拟圆柱可以解决这一难题。为此提出了基于虚拟圆柱原理的曲面拼接方法，给出了如何估计虚拟圆柱的半径，以及轴心坐标的计算方法，推导了基于虚拟圆柱的坐标转换方程，通过计算机模拟验证了其精确性，并通过实验证明这种方法对解决三维复杂物体表面特别是多视角测量获得面形的拼接测量问题是十分有效的。

运用量子信息熵理论，研究了与量子光场相互作用的二能级运动原子的熵压缩，讨论了原子运动和场模结构对原子熵压缩的影响，并且比较了分别从基于信息熵测不准关系和海森伯测不准关系出发得出的结果，表明原子的运动导致了原子熵压缩的周期性演化；随着场模结构参量的增大，熵压缩的演化周期缩短，压缩时间延长；选择适当的系统参量，运动原子能够呈现长时间的持续熵压缩效应。当原子反转为零时，基于海伯堡测不准关系的方差压缩定义不再有效，而熵压缩实现了对原子压缩效应的高灵敏量度。

为了研究磁光阱冷原子团所在区域的磁场大小，从而得出磁场零点附近磁场的微弱变化及其分布。提出利用右旋圆偏振作为探测光场穿过冷原子，根据左右旋圆偏振光场引起的跃迁几率的不同，导致穿过冷原子团零点前后探测场跃迁几率的变化，用来计算零点附近由冷原子团引起的非线性磁光效应，通过这一效应推导出旋转角随磁场大小的变化，从而获得了磁光阱四极磁场零点附近数量级达到10-13 T的磁场值。利用这一效应，同时在理论上获得了不同于以往理论及实验的双峰色散曲线。

研究了Tavis-Cummings模型中光场存在相位损耗时，原子光场系统线性熵、原子线性熵和光场线性熵的时间演化特性，讨论了光场的不同量子统计性质、不同的衰变常数和两原子的初始状态对各线性熵的影响。结果表明：光场的不同量子统计性质使得系统线性熵、原子线性熵和光场线性熵均发生明显改变。系统线性熵的演化与原子的初始状态无关，而原子线性熵的演化较强地依赖于原子的初始状态，但与腔场的相位损耗无关。