采用国产LD泵浦Nd∶ YAG晶体,通过谐振腔镜的膜系选择获得了Nd3+离子中波长为1319 nm的受激辐射振荡,首次用I类临界位相匹配LBO进行腔内倍频,实现了660 nm红色激光的高效倍频输出.当泵浦注入功率为800 mW时,660 nm激光基横模(TEM00)输出功率为46 mW,光光转换效率高达5.75%.

在ABCD矩阵基础上,通过引入角度色散项获得了可以方便描述色散系统的3×3阶矩阵方程.利用这种矩阵方程计算了消像差光栅展宽器中的二阶色散量,得到的结果与由常规积分法获得的结果相同,表明采用矩阵方程计算色散系统色散量具有简单方便,包含信息量大,可适用于任意结构色散系统等特点.

报道了一种光纤耦合LD泵浦Nd∶ YVO4晶体、腔内Ⅰ类临界相位匹配(角度匹配)LBO倍频、瓦级输出的全固态绿光激光器的设计方法和实验结果.采用短三镜折叠腔结构,通过对热透镜焦距的估算及计算机优化设计选取合适的谐振腔参量,在8 W的泵浦功率下,获得了1.6 W绿光基模输出,光-光转换效率达20%.经测量,绿光的偏振比超过400∶ 1,4 h功率稳定度为±1.6%.

从棱镜对补偿色散的原理出发,介绍了Cr4+∶ YAG锁模激光器中色散补偿的特点,发现熔融石英作为色散补偿元件,不仅可以完全补偿二阶色散,而且三阶色散也得到了一定的补偿,并得到了脉冲宽度最小为65 fs,中心波长为1520 nm,重复频率为120 MHz的脉冲序列.

针对目前温湿度测量过程中电量传感器长期稳定性和互换性差的不足,以光纤光栅为基础,以改性PI薄膜为湿敏涂层,研制出了一种新型非电量温湿度传感器.详细阐述了其测量原理、制作工艺及其主要参量的优化确定,对其测量范围、测量精度、湿滞特性等主要特征参量进行了试验测定.测试结果表明:该传感器可在20～80℃、10%～90%测量范围内实现精度为±0.2℃和±5%的实时测量,且具有响应时间短(≤15 s)和长期稳定性好等优点.

提出了一种用于测量液体容器液位高度的新型光纤F-P(Fabry-Perot)腔传感器,它灵敏度高,实现了全光传感和传输,特别适用于一些有害、易燃、易爆液体容器液位的测定.详细分析了该类传感器的传感原理,并给出了传感头参量设计方法.实验结果表明,光纤F-P腔传感器测量液位方法简单,并且可达到相当高的精度.文中分析了实验中的误差,探讨了传感器的稳定性及改进方法,是光纤法布里-珀罗腔传感器实用化的有效尝试.

介绍了四种调制格式即非归零(NRZ),归零(RZ),载波抑制的RZ(CSRZ)和单边带RZ(SSB-RZ),用计算机仿真方法产生了这四种调制格式的40 Gb/s光信号,比较了其波形和光谱.也对这四种调制格式在非零色散位移光纤(NZDSF)上单信道传输进行了仿真,结果表明:在色散完全补偿情况下,RZ,CSRZ和SSB-RZ抗非线性能力都比NRZ强,其中CSRZ最强, CSRZ能够容忍的入纤光功率比NRZ大10.2 dBm;RZ,CSRZ和SSB-RZ 三种格式抗EDFA噪声能力差不多,但都比NRZ强.

设计了一种新颖的高灵敏度和高精度星间跟踪系统方案,该方案中的关键是利用具有线性电光效应的LiNbO3晶体使入射光束产生圆锥形扫描,然后采用相干检测方法确定该光束的空间方位,据此调整细瞄准镜,实现星间跟踪.

对高速光时分复用系统中(2×10 Gb/s)基于电吸收调制器(EAM)的注入光电混合振荡器的时钟提取方法进行了实验验证. 实验证明,光电混合振荡器必须保证一定的增益才能提取出时钟,在此基础上,无论光电混合振荡器内或外的光功率的增加,将增加提取时钟的幅度,减小提取时钟的时间抖动.当偏置电压一定时,射频幅度增加,则电吸收调制器的窗口变窄,提取时钟幅度增大,抖动减小.

提出一种基于光码分多址(OCDMA)技术的塑料光纤接入网的多优先级控制协议.由于受传输误码率的限制,常规的光码分多址系统只允许有限个用户传输数据或接入网络,为了解决用有限的码字来实现多于码字数目的多媒体工作站间的信息通信,这种多优先级的控制协议通过使用预约和随机分配算法可以有效地解决信道冲突和目的地址的冲突问题, 该协议可以支持多媒体信息传输中各类信息不同的时间延迟要求.另外,在该接入网中,每个光网络单元均设有两套光编码器和光解码器,一套用于控制信道,另一套用于各个数据信道.利用本文提出的协议对塑料光纤接入网的网络吞吐量和平均延时时间进行了数值分析和仿真实验,结果证明了这种多优先级控制协议的有效性和高效性.

给出了设计波分复用(WDM)用高增益、低噪声和宽带宽增益平坦的双段级联掺铒光纤放大器(EDFA)的一般步骤和方法.通过优化设计各种参量,研制出了一台高增益、低噪声和宽带宽增益平坦的双段级联EDFA样机,实现了从1524.8～1561.4 nm共36.6 nm带宽内±0.325 dB的平坦增益,0 dBm输入时,饱和输出功率大于15 dBm的高功率输出;噪声指数低于5 dB.

运用激光模式耦合理论分析了半导体光放大器(SOA)与单模通信光纤的连接损耗,并设计制作了楔形柱面光纤微透镜用来实现两者的模斑匹配,有效地降低了器件的光耦合损耗.本文介绍了楔形柱面光纤微透镜耦合的1.3 μm半导体光放大器(SOA)组件及其制作方法.该组件的最大增益不小于14 dB,其偏振灵敏度小于1 dB,增益波动不大于0.5 dB.

根据多模干涉器(MMI)的自映像原理,讨论了一般1×N多模干涉器件的成像位置和相位关系,并用导模传输法验证了分析结果,一般的成像位置和相对相位关系同原像的初始位置密切相关.

提出了一种通过对光学像散量的检测来实现对物体的微位移和微振动进行实时非接触测量的新方法.该方法采用四象限光电探测器测量由于物体相对于光学系统焦点的偏离而引起的像散量,参照已标定的物体位置与像散量之间的关系,可计算出物体的实际位移或振幅.利用这套系统对压电陶瓷片的振动状态进行了测量,得到了振动的振幅及频率.测量结果表明,该系统的测量灵敏度优于17 nm.

分析了脉冲外差体制CO2激光成像雷达系统的目标距离分辨率、测距精度和误差的主要来源.对于单个光脉冲测距来讲,信噪比(SNR)起伏引起的探测误差、脉冲前沿触发等概率分布以及脉冲建立时间的随机性等是激光脉冲外差测距的主要随机误差,其它随机误差在数量级上可忽略不计.同时利用现有的CO2激光脉冲外差探测系统,进行了远目标测距对比实验,观测到了2355 m目标脉冲回波信号,并精确测量出CO2光脉冲飞行的往返时间,该实验数据可用做系统误差的校正和补偿.

对一种适用于硅微机械谐振器件测量的光纤位移传感器进行了研究,该光纤位移传感器探头采用了单根光纤探测形式和光纤"X"耦合器结构,在微弱光电传感信号处理上采用了"锁相放大器"提取方案,可以实现对静态位移和振动位移两种场合进行测量.对该传感器的实测结果表明:该传感器测量范围为0～100 μm,测量灵敏度3.95 mV/μm,精度等级优于1%,重复性优于0.5%.为作为应用实例,运用该传感系统对一种微悬臂梁硅微谐振器件进行了测量,成功提取了硅微谐振器件的微弱谐振信号,证实了该传感器可以实现对硅微谐振器件的非接触和无损测量,并具有非接触、易调试、高灵敏度等优点.

论述了普通光学元件-直角平面反射镜在激光光束诊断中的应用,提出了利用直角棱镜的直角面反射进行光能衰减,详细论述了采用该方法进行光能衰减的可行性,分析了平面反射衰减法在激光束诊断中对测光束的影响,讨论了激光束发散角在直角面反射中的影响,结合半导体光束诊断进行了应用分析.实验证明,该方法结构简单,误差小,调整方便,利用普通反射棱镜直角面衰减即可满足激光强度的匹配要求,实现了待测激光束的无失真取样,达到了很好的测试效果.

根据电磁场理论推导了左、右手系材料界面处菲涅耳公式及菲涅耳系数的角度表达形式,研究了界面处反射系数和透射系数的变化情况,以及布鲁斯特角的确定和全反射时的光学特性,作为进一步研究左手系的特性和相关光学薄膜器件设计的理论基础.

报道了用于辅助镀膜的无栅霍尔等离子体源的结构原理及性能指标,并从光学特性、显微特性和机械特性三方面着手,研究了使用霍尔源所做的单层TiO2膜的成膜工艺与质量.研究表明,使用霍尔源辅助沉积的光学薄膜折射率明显提高,更加接近于块状材料,膜层结构比传统沉积手段更加致密,附着力也很高.同时用此项技术沉积了金属增强反射镜,试验结果与理论设计结果相符,达到了理想要求.

简要介绍K9玻璃为基板的用金属-介质膜系实现近紫外区宽角度消偏振平板分光镜的设计,设计波长为360～480 nm,空气中的入射角变化范围为45°±6°,膜系的反射率R和透过率T的之比的平均值为63.6%,总损耗约为10%,S偏振分量和P偏振分量的平均偏离约为1%.

差分吸收光谱技术(DOAS)中采用线性最小二乘拟合方法,用痕量气体标准差分吸收截面对测量得到的差分吸收光谱进行拟合,得出大气中痕量气体的浓度.计算结果的准确性不仅取决于光谱的测量精度,而且受标准差分吸收截面以及仪器函数和温度等诸多因素的影响.详细地分析了计算误差的产生原因,提出了用高浓度样品池得到标准吸收截面的方法,针对光谱固有结构,以及温度对标准吸收截面的影响,改进了浓度反演算法.大量的实验表明,综合运用上述方法,即便对低浓度的样气,相对测量误差也能降低到10%以下.

对转镜式高速干涉光谱仪的基本原理进行了介绍,给出了无晃动和有晃动两种情况下,轴上和轴外光线的光程差公式,并对结果进行了初步分析,发现晃动将使光程差大小发生变化,但不改变轴上光线零光程差的位置.光程差的非线性是转镜式干涉仪的天生缺陷,它和转镜的折射率、工作角等参量有关,使非线性最小可得出最佳折射率为2.9左右,从光程差误差的容限可以计算出对工作角的要求,折射率为最佳时,工作角可达13.3°,根据对非线性的分析结果,给出了转镜主要参量选择的原则.

利用光学多道分析仪(OMA)拍摄了HT-6M托卡马克等离子体近紫外可见谱.系统分析了杂质行为,给出了主要杂质碳和氧的朝内的通量,在简化模型下计算了碳氧的化学溅射率,并由此得出碳氧杂质产生机制和可能的循环途径.结果表明,氧杂质在循环途径中起关键性的作用,控制氧杂质尤其重要.

使用低频波长调制和高次谐波探测来测量Cs原子D2线6S1/2(F=4)→6P3/2(F′=3、4、5)跃迁的方法,对谐波信号的展宽特性和灵敏度进行了分析.结果显示,减小调制电压可以压窄线宽,提高分辨率;在一定范围内增大调制电压可以提高谐波信号强度,提高测量灵敏度;提高分辨率要以损失灵敏度为代价.提高谐波次数可以提高分辨率.高次谐波可以获得高的灵敏度和分辨率.

用Monte Carlo方法仿真了两种面光源(高斯光束和圆平面光束)在人肺组织中的传播,讨论了不同面光源以及不同大小的光束入射到该组织时,其光能流率和漫反射强度的分布情况.结果表明激光光斑形状和大小的选择对激光的临床应用将有很大影响.

从辐射传输理论出发,研究了准直光照下层状生物组织内漫射光场的角分布.在辐射传输方程的基础上,采用离散坐标法得到了描述层状生物组织内漫射光传输问题的微分方程组形式,并用特征值-特征矢量方法对其进行了求解,给出了通解形式.结合边界条件对两类典型生物组织内漫射光场角分布进行了数值计算-各向同性组织和前向散射组织,给出了组织内不同深度处漫射光场空间角分布曲线.通过对计算结果比较分析,得到了生物组织内漫射光场空间角分布随深度的变化规律,及边界效应和光学参量对组织内漫射光场空间角分布的影响.

采用旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件进行严格的矢量分析.推导了旋转体时域有限差分法的基本计算公式;给出了入射波的设置方法;采用了完全匹配层吸收边界条件;改进了平面波谱传播算法,大大简化了计算过程并提高了计算速度.对多台阶微透镜和二元亚波长微透镜进行分析给出了它们焦平面的电场强度分布.数值计算结果表明,本文的算法可以准确且高效地分析轴对称亚波长衍射光学元件.

实现了液体表面上低频声波的光衍射,得到了稳定的、具有高阶衍射的高反衬衍射图样.理论上首次考虑到表面声波中的高次谐波,得到了相应的非线性条件下衍射强度分布的解析表达式,并将这种非线性理论与实验结果进行对比.对比结果表明,非线性理论与实验结果有更高的吻合程度.

在建立液晶投影仪的液晶板自动聚焦合色系统基础上,对三种不同的自动对焦算法进行了理论模拟和实验分析,并选择了适合于液晶板自动对焦的算法.实验表明该算法满足汇聚系统的应用要求.

根据两计量光栅产生叠栅条纹的几何光学基本理论,在改进计量光栅码盘理论模型的基础上,推导出码盘偏心情况下读头输出的叠栅条纹信号相位的理论公式,对码盘偏心给叠栅条纹信号相位带来的偏差进行了分析与讨论.

应用全量子理论研究了在高Q Kerr介质腔中, 二能级原子与二项式光场相互作用系统中原子行为和光场的量子特性. 采用数值计算的方法, 详细讨论了光场参量和Kerr效应对原子布居反转和平均光子数的影响.研究发现当二项式光场处在中间态时, 在考虑Kerr效应的条件下,原子布居振荡加剧, 回复时间变短, 系统内平均光子数减少.

研制了一种含钠光学玻璃和另一种含铊光学玻璃材料,并用离子交换方法使钠玻璃中钠离子与银盐中银离子交换;铊玻璃中铊离子与钾盐中钾离子交换,获得了两种高折射率梯度的轴向分布光学板.