采用有限差分法对约化后的双温方程进行数值模拟．研究了飞秒激光与金属铜相互作用时，脉冲形状对烧蚀结果的影响．结果表明：脉冲能量确定时，脉冲形状对烧蚀结果影响不大；多脉冲作用时，脉冲重复频率只有在一定范围内(随材料属性改变)，脉冲间的热累积效应才存在；对传导性好的金属材料，热累积效应不明显．并实验证实了上述结果．

分别通过理论和实验研究了周期性极化的钽酸锂(PPLT)倍频宽线宽准连续掺镱双包层光纤放大激光．PPLT样品长为40mm，极化周期为7．67μm．基频光的中心波长为1064nm，线宽约为6nm．从基频光的光谱特性出发，利用超晶格倍频理论，解释了实验中获得的倍频温度与二次谐波功率之间的关系．在基频光的功率为2．2W时，获得的宽线宽光纤激光倍频效率为1．8%．

从InGaAsP－InP单量子阱激光器结构分析入手，采用自行设计的热封闭系统对808nmInGaAsP－InP单量子阱激光器热特性进行了研究．实验表明，在23－70℃的温度范围内，器件的功率由1．74W降到0．51W，斜率效率由1．08W／A降到0．51W／A．实验测得其特征温度T₀为325K．激射波长随温度的漂移dλ／dT为0．44nm／℃．其芯片的热阻为3．33℃／W．

通过对衍射效率和反转粒子数密度的关系，反转粒子数密度和脉冲宽度的关系的分析，得出当通过提高泵浦速率来压缩脉宽时，衍射效率必须与泵浦速率和重复频率相匹配．并提出了匹配条件，从匹配条件出发又得到了衍射效率与泵浦速率和重复频率的匹配关系式．关系式中的衍射效率即为能够有效地压缩脉宽的最小衍射效率．实验结果与理论分析符合较好．

采用矢量场模型，对具有诱人应用前景的圆柱形垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的模式阈值增益进行了数值模拟；为减弱金属圆柱的反射以使理论计算更接近实际，采用两种方案，将外加金属包壳视为非理想导体，或在此基础上，将金属包壳与激光器主体结构隔开．从模式的阈值增益与顶Bragg反射镜层周期数的关系方面，与理想金属外包壳情况进行了比较．结果表明，高阶贝塞耳函数模式的阈值增益变化规律基本相同，而0阶贝塞耳函数模式的阈值增益变化规律相差较大．

介绍了激光激发超声波的原理，分别给出了热弹机制和烧蚀机制下的纵波和剪切波理论波形；基于排列因子作用，提出了一种新型激光激发超声波的方法——激光定相位排列激发超声波，激光源经过定相位排列后，在某一方向上产生的超声波幅度比传统单一源产生的超声波幅度要强很多，采用此种方法，可实现对超声信号方向和强度的有效激发控制，对下一步的超声无损检测有非常重要的意义；结合实际给出了该方法的实现方式．

针对光通信中波长覆盖范围日益增宽的特点，从理论上研究了用于宽光谱范围波长解复用器件的多重体光栅的布喇格匹配和各波长对应光栅衍射效率的均匀性．计算及实验结果均表明，由于记录介质的色散效应将导致多重体全息光栅读出过程中明显的布喇格失配，并且在写入过程中获得的均匀折射率调制度的多重体光栅，在读出过程中各通信波长对应光栅的衍射效率将不均匀．为此，提出了改进多重体光栅的光写入方法，给出了利用角度复用法写入透射型多重体光栅时解复用波长与写入角度的关系，以及写入体光栅过程中记录介质的折射率调制度修正公式．

基于模式耦合理论，研究了呈一字型排列的多根平行单模光纤间的功率转移，分析了光纤间距对耦合系数和功率转移的影响，给出了三根平行单模光纤耦合方程的解，针对不同的初始条件进行了比较分析．数值计算表明，呈一字型排列的多根平行单模光纤间的功率成一定周期转移．

采用有限元法对几种不同电极结构下电光偏转器的电场分布进行研究．设计出一种具有较大偏转角度的超越曲面电极结构电光偏转器，与圆柱电极结构和双曲面电极结构电光偏转器的性能对比，可知此种电光偏转器的偏转角度更大，电场梯度线性度更高．

提出一种新型基于Si₂N₂O基体的LiNbO₃行波调制器，利用有限元方法对该调制器进行数值分析并获得调制器的优化结构尺寸．该新型调制器带宽达到120GHz，半波电压为3．5V，特性阻抗为50．2Ω．结果表明该调制器具有大的调制带宽和良好的阻抗匹配，在未来光通信中具有很好的应用前景．

提出了基于狭长CsI(Tl)闪烁体和面阵CCD器件，采用光纤和光纤面板进行光耦合及传输，以扇形束线阵扫描方式实现对X射线探测与成像的工业XCT系统探测器方案．基此，通过物理分析及数学建模，利用Matlab模拟研究了X光能量小于450keV时狭长CsI(Tl)闪烁体的发光效率等性能指标．研究结果表明：当光电吸收截面μ_ph和康普顿吸收截面μ_c分别为0．000313和0．0000295、反射层反射系数R和衬底反射系数R_s分别取0．95和0．8、荧光线性吸收系数σ取0．000222μm^－1时，得到狭长CsI(Tl)闪烁晶体的长度l、高度h和宽度w取值范围分别是926～4512μm、242～5000μm和242～5000μm的结论．在此范围内，既可使闪烁晶体有较好的空间分辨率又可获得最高的发光效率．

采用电化学氧化聚合染料增感方法，利用有机染料直接耐晒翠兰对太阳电池顶区材料聚苯胺进行了有机染料增感研究，制备出了Al栅／DS－PAn／n－Si／Al结构的染料增感聚苯胺／硅异质结太阳电池．研究表明，染料增感可使聚苯胺在光照射下光生载流子明显增强，较大幅度地改善聚苯胺的可见光谱响应；J－V特性表明，电池二极管的曲线因子约为6．3，p－n结的潜在势垒高度为0．89eV；与未增感的PAn／n－Si异质结太阳电池相比，染料增感的DS－PAn／n－Si异质结太阳电池的短路电流和转换效率得到了较大提高，在37．2W／m²的光照射下，经染料增感的电池短路电流较增感前提高了约6倍，填充因子可达57%，转换效率达1．42%．

提出一种光谱体层析图像重建新算法．通过计算机数值模拟，考察了该算法对非对称单峰发射系数场分布的重建效果，并与传统的三维重建算法进行比对．结果表明，该算法具有收敛快，重建准确度高的特点，仅用两个方向的投影数据就能高准确度地重建单峰三维发射系数场分布．作为一个应用实例，结合谱线相对强度测量方法重建了自由电弧等离子体的三维温度场分布．

测量了Eu³⁺(lmol%)掺杂(60－χ)Bi₂O_3－χ TeO₂－30B₂O₃－10ZnO(χ=5，10，20，30，摩尔百分比)玻璃的吸收光谱、发射光谱、激发光谱以及声子边带谱．根据稀土离子Eu³⁺光学跃起矩阵元的特点，从发射光谱获得了Eu³⁺光学跃起的J－O参数Ω₂与Ω₄．结果显示，强度参量Ω₂随着Bi₂O₃量的增加与TeO₂量的减少而减小，表明材料的对称性提高，Eu－O键强减弱，共价性减弱．随着Bi₂O₃量的增加，电一声子偶合减弱，材料的热稳定性大幅度提高．

从理论上研究了半导体超晶格子带间跃迁的光吸收性质，以GaAs／Al_xGa_1－xAs超晶格为例进行数值计算，分析了该材料的吸收系数随入射光光子能量、光场强度和超晶格结构参量(阱宽，垒宽，势垒高)的变化关系．计算表明：随着入射光光子能量的变化，出现非对称的吸收峰；光强只改变吸收系数大小；超晶格结构参量会改变吸收谱的谱宽和吸收峰所对应的入射光频率．随着超晶格阱宽(垒宽)的增大，吸收谱由宽变窄，吸收峰红移；随着超晶格Al组分变大，吸收谱变窄．

设计了一种新型的平行排列液晶相位调制器(LC PM)，可在纯相位的模式下进行相位调制，研究了液晶相位调制器的光学特性，理论上给予了分析．对畸变波前进行了调制，在1cm²的校正面积上，调制后的准确度PV(peak to valley)值接近λ／15(λ=0．6328μm)，RMS(Root Means Square)可达到λ／100，斯特列尔比SR(Strehl Ratio)达到0．989．改变了传统的扭曲向列液晶器件难于进行纯相位调制和得到高准确度调制的缺点，达到了理想的效果．

针对电磁波在非线性左手系材料中的传播性质，分别研究了左、右手系材料界面以及两左手系材料界面上非线性TE表面波的传播行为．讨论了导波的频率特性、色散关系以及群速度随频率的变化规律．分析表明，两种界面上的非线性TE表面波均存在频率通带和禁带，且带宽是传播功率的函数．揭示了在一定条件下，左、右手系材料界面上既可以支持正向传播的非线性TE表面波，也可以支持反向传播的非线性TE表面波；两左手系材料界面上表面波的传播性质因材料参量的变化差异较大，一定参量条件下，该界面上仅支持反向传播的非线性TE表面波．

理论上研究了一维金属／电介质光子晶体的透射率性质，用传输矩阵方法数值计算了Au／MgF₂光子带隙晶体的透射率．发现周期性结构产生的透射共振会大幅度增加光通过层状金属的透射率．通过调节一维Au／MgF₂光子晶体中金和氟化镁的厚度以及周期数，得到了可见波段的高透射允带，透射率在0．4以上，而对于可见波段以外的频率几乎是完全不能传输的．这种结构在保持了高透射率的前提下还具有金属的优点，这在传感器、护目装置、反射窗、液晶显示等诸多领域都有很大的实用价值．

从双波长激光运转及和频的机理出发，对LD泵浦Nd∶YAG，LBO腔内和频500．8nm青光激光器所使用的光学薄膜进行了设计和制备．在激光反射镜的设计上，为了达到最佳的和频输出，对膜系要求进行了深入分析．采用对谐振腔一端面反射率固定不变并通过对另一腔镜基频光的透射率进行调谐的方法，在给出合理初始结构后，利用计算机对膜厚进行了优化．并采用双离子束溅射沉积的方法，通过时间监控膜厚法成功制备出青光激光器所使用的全介质激光反射膜，在室温下实现946nm和1064nm双波长连续运转，并通过Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体腔内和频在国内首次实现500．8nm青色激光连续输出．当泵浦注入功率为1．4W时和频青光最大输出达20mW．

给出了以413nm作为写入波长，1053nm作为使用波长的多层介质光栅膜的设计，计算表明膜系H3L(H2L)＾9H0．5L2．03H满足光栅膜的要求．最后给出了制备得到的样品光学特性测试，结果表明在使用波长和曝光波长处满足设计要求，其抗激光损伤阈值在光正入射和51．2°入射时分别为14．14J／cm²和9．32J／cm²，膜系的应力表现为压应力．

分析了离轴、大视场角透视型头盔显示器光学系统的设计方法，提出了利用衍射光学的独特性质设计了大视场、宽波段、离轴折／衍混合透视型头盔显示器光学系统．该系统具有10mm的出瞳直径和22mm的出瞳距离，且满足人因素要求．另外，该系统色差仅14μm，系统口径小于46mm，满足双目视觉要求．整个系统适合具有15mm对角直径SVGA分辩率的彩色液晶显示器(LCD)．

设计了一个高亮度LED光源照明的反射型复眼照明系统．通过软件模拟，整个复眼系统长度小于20mm，物面的光照均匀度达到80%以上，光源照明输出光能利用率为75%．应用高亮度LED的反射型复眼具有体积小，光强分布均匀，像差小等特点．在小型便携式投影仪中有广阔的应用前景．

提出了一种测量钢筋腐蚀的新型传感器．这种传感器将光纤光栅拉伸后固定在圆形钢筋的表面，在钢筋被腐蚀后，光纤光栅所受到的拉伸应变将被释放，光纤光栅的反射光波长发生变化，通过测量光纤光栅的波长就可以测得钢筋腐蚀程度．这种传感器测量准确度优于±0．1μm，测量范围约12μm，可用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测．

在理论分析Bi₄Ge₃O₁₂(BGO)晶体磁光特性的基础上，利用倍频法测量了不同工作波长下BGO晶体的费尔德常量，获得了与理论相符的实验结果．同时根据BGO晶体费尔德常量随波长的变化关系曲线，通过对该晶体吸收系数的测量，得出了其磁光优值曲线．进而将BGO晶体的磁光特性与光纤电流传感器常用的几种磁光材料作了对比，结果表明BGO晶体适合用于光纤电流传感器．

利用光纤光栅作为基本传感元件，设计研制了一种基于轮辐式压力盒装置的新型光纤光栅压力传感器．常温下在0～30KN的范围内，其测量线性度达到99．91%，灵敏度达到22N，且响应速度快．与其它类型的光纤光栅压力传感器相比，轮辐式光纤光栅压力传感器具有更大的测量范围、更高的抗干扰能力，并且由于光纤光栅本身的波分复用特性，可以很方便地构成压力传感网络进行多种物理量、多点的测量．实验表明：本传感系统具有结构简单、操作方便、滞后小、重复性好、结构高度小、重量轻等优点，在桥梁、大厦等超大型建筑以及大型管道等的检测与监测方面将会有更为广阔的应用前景．

利用平面波展开法，系统地研究了一种具有混合纤芯结构的光子晶体光纤的色散特性．数值计算结果表明，通过优化结构参量，这种新型结构的光子晶体光纤在通信窗口1．55μm附近可以获得带宽超过800nm的超平坦色散区域(色散曲线的变化范围不超过±0．6ps·km^－1·nm^－1)．

基于PLZT波片的相对相位延迟量可变性和其折射率椭球主光轴的可转性，提出后反馈单个PLZT可变可转波片偏振控制器．采用模拟退火算法进行扰动寻优，仿真结果显示这种控制器是有效的：能将任意输入偏振态转换为稳定的线偏振光而其光强达到总光强的98%以上，在控制过程中相移能在限定范围内变化，避免了由复位重置可能引起的波动．

提出一种双边缘结构对光纤光栅传感进行波长解调的方案，利用被测光谱通过不同光谱特性的滤波器时输出不同光强的比值确定被测光的波长．该系统在解调时不存在任何机械移动部分，比扫描式的解调方法测量速度更快，运行时更稳定、更精确．

从理论上数值分析和比较了一阶和二阶偏振模色散对各种光调制码型(RZ、CSRZ、RZDPSK、CSRZ－DPSK)的偏振模色散的影响，结果表明：不同码型的偏振度大不相同，RZ码受偏振度影响最大，CSRZ－DPSK码受二阶偏振模色散的影响最小，在补偿系统中更适合缓解偏振模色散．

考虑强衰减激光脉冲技术实现的准单光子源和量子信道损耗以及窃听者Eve窃听能力有限等实际情况，提出了一种窃听装置；同时对扩展BB84协议的各种窃听做了全面分析，计算得出发送者Alice／窃听者Eve所获得的交互信息量和发送者Alice／接收者Bob所能容忍的误码率上限，以此作为检测量子信道安全性的标准，同时得出Breidbart基／分束攻击相结合的方法是比截取／重发更为有效的窃听方案．

在采用波前功率谱密度评价大口径光学元件时，由于测得的原始数据受到测量系统引入的各种噪音和外界干扰的作用，会使检测准确度下降．对比引入带通滤波技术，对原始数据的有效滤波，减小带外的噪音分量和频谱混叠现象的影响．分别设计了无限脉冲响应带通滤波器和有限脉冲响应带通滤波器，通过模拟分析比较了两者的性能，得出在波前波前功率谱密度用于评价大口径光学元件的面形质量时，采用有限脉冲响应滤波器可以得到更高的测量准确度．

利用线性电光效应发展出一种新的、高准确度的微小转角测量法．根据W．L．She等人提出的线性电光效应耦合波理论，求得出射光强与入射光强比值(即出射率)对入射光方向的依赖曲线，利用该曲线，通过测量出射率可以确定入射光的方向．并根据此原理，设计了一套简单的装置，该装置可以测量出物体微小转角的变化量，同时测量范围及准确度都可通过外加电场和入射光波长加以调节．对此微小转角测量法作了理论分析，在LiNbO₃器件上，得到测量范围大于3′，准确度为3．5″的设计结果．

根据溶液浓度与其折射率的关系，提出用掠入射法测量溶液浓度的方法．利用其临界光线的折射角进行透明介质溶液浓度的精确测量，研发出测量实验系统．分析了临界光线的折射角与其浓度的关系，给出溶液浓度与折射角之间的简单数学解析式．用该系统对5%～80%的甘油溶液进行测量，结果最大绝对偏差小于0．003%．

从交叉谱密度矩阵的传输公式出发，对多色矢量高斯－谢尔模型(GSM)光束的焦移和焦开关作了详细的研究．插入偏振片之前，多色矢量高斯－谢尔模型(GSM)光束通过硬边光阑透镜分离光学系统后，有焦移，但无焦开关；而插入偏振片之后，会出现焦开关．改变偏振片的旋转角度可以控制焦开关的特性．

对高斯光束通过锥镜产生类似贝塞尔光束的环形光束进行了理论分析及实验研究．数值模拟过程中，基于相干光干涉理论，考虑到实际情况中锥尖不尖带来的影响，建立了三光束干涉的数学模型．模拟得到的光场分布与实验结果及基于菲涅尔衍射积分理论或空间光谱理论得到的零阶贝塞尔光束很接近．这种光场具有非衍射特性，可应用于新型光镊研究．

利用Kogelnik单色光在体光栅中衍射效率公式推导出超短脉冲光读出稳态光折变体光栅时的衍射光频谱表达式，并在此基础上导出了脉冲光读出时的总衍射光强及总光强衍射效率．研究发现衍射光的频谱分布、总光强及衍射效率与光栅周期A、光栅厚度d和读出光脉冲宽度△τ有密切的关系．通过调整这些参量，光折变光栅可以对入射的超短脉冲光实现不同程度的滤波作用．该结论可用于超短脉冲的整形研究．

空间飞行器在轨道运行过程中，除空间热沉影响外，还会受到太阳辐射、地球红外辐射和地球阳光反照等热因素作用，同时相机内部热源也会影响相机的温度．温度的变化对高分辨率航天相机光学系统成像质量影响很大．热控系统的目的是保证相机的各部分保持在各自的温度范围内．本文对相机整体进行了详细热分析计算，得出了低温、高温初期、高温末期工况以及其他一些情况下相机各部分的温度水平，为相机热控实施提供依据．

介绍了在CCD高速电视测量仪系统中，利用电子快门和可变光阑有机结合，在运动控制卡控制下实现自动调光，扩大了调光的动态范围．采用了平均灰度和峰值灰度加权的办法来获取反馈信号，有效的解决不同背景下自调光系统的适应性．提出了基于二次函数的调光反馈量计算方法，提高了调光过程中的收敛速度，同时也保证了系统有较小的超调量．