基于光纤中受激喇曼散射效应, 运用级联同种光纤设计出全光多波长转换耦合器, 使转换输出的各路信号光功率相等.建立了全光多波长转换设计方案的理论模型,给出了设计原理框图以及实现方法, 并以1路泵浦信号光、4路连续探测光为例, 通过OptiSystem软件进行了仿真, 仿真结果表明：所设计的全光多波长转换耦合器能同时对4路探测光实现波长转换, 转换输出的信号光码型和输入泵浦信号光码型基本一致；转换效率和消光比随着探测光波长的增大而增大, 最大值分别为-34 dB 和36.68 dB；Q因子随着探测光波长的增大而减少, 最大值为128.29；在级联光纤之后, 4路输出信号光峰值功率和消光比基本相等, Q因子整体数值相对于全光多波长转换后有所下降, 最大值为89.5455, 验证了该方案的可行性.

设计了一种用于塑料光纤通信的650 nm单片集成光接收芯片, 包括光电探测器、跨阻前置放大器、单双端转换、差分放大器、输出缓冲器及失调电压补偿电路.基于合理假设与近似, 从稳态连续方程和边界条件出发, 分析了探测器的光谱响应；采用拉普拉斯变换方法, 分析其频率响应.采用0.5 μm BCD工艺流片, 光接收芯片版图面积832×948 μm2进行测试, 结果表明5V反向偏压下, 探测器在650 nm的响应度为0.26 A/W；光接收芯片在180 Mbps速率及误码率小于10-9情况下, 灵敏度为-14.6 dBm；在100 Mbps非归零伪随机二进制序列信号速率及误码率小于10-9情况下, 能得到清晰的眼图.

建立了针对大气湍流时变信道的盲均衡系统模型.基于无线光副载波四相相移键控调制, 在不同光强起伏方差下分析了两种自适应盲均衡算法的收敛性、稳定性和均方误差, 对比了均衡前后星座图改善效果.结果表明：随着湍流强度的增加, 变步长恒模算法较固定步长恒模算法收敛快、均方误差小, 但其稳定性差, 且比例因子逐渐减小算法才能收敛.探测器接收的信号经过两种盲均衡器后星座图聚敛性均得到有效改善.在相同信噪比下湍流信道与高斯信道相比, 湍流信道算法迭代步长因子和比例因子取值较小才可收敛, 均方误差大.两种盲均衡算法可有效改善湍流信道下星座图聚敛性, 对提高无线光接收端星座图检测率具有一定的意义.

为了解决基于太赫兹光解复用器-交叉相位调制效应全光异或门的三个问题, 即严格的同步要求；不能应用于输入信号为非归零码信号的情况；异或处理速率受半导体光放大器载流子速率限制.提出了一种应用于输入为开关调制信号, 利用太赫兹光解复用器结构, 基于半导体光放大器四波混频效应的全光异或门方案.该方案由于基于四波混频效应, 因此能从根本上解决基于太赫兹光解复用器-交叉相位调制效应全光异或门方案所存在的三个问题.通过理论分析介绍了该方案的原理, 并通过仿真分别实现了该方案对输入为40 Gbps, 归零码信号；80 Gbps, 归零码信号；10 Gbps, 非归零码信号的异或操作.三种输入信号对应的异或输出Q因子与误码率分别为11.7, 2.4×10-18；8, 1.1×10-10；22, 1.3×10-40.分析了太赫兹光解复用器主要组成元件参数, 以及温度起伏与色散效应对异或们输出信号质量的影响.理论分析与仿真共同验证了该方案对于解决基于太赫兹光解复用器-交叉相位调制效应全光异或门三种问题的可行性与有效性.

利用白光干涉型光纤法-珀传感器和非扫描式相关解调原理, 设计了一种基于非扫描式相关解调的多通道光纤法珀解调系统并进行了实验研究.利用柱面镜成线性光斑的特性以及2倍焦距成等大倒立像的原理, 建立光纤法-珀非扫描式相关解调的光学模型, 进行了光学特性分析和参量优化；设计了光学系统和硬件解调系统, 制作了基于非扫描式相关解调的多通道光纤-法珀解调仪样机.同时采用巴特沃斯滤波器有效滤除了噪音, 提高了仪器的解调准确度.测试实验表明：当测量范围为10~40 μm, 分辨率为8 nm时, 稳定性可达到7 nm, 能实现对传感器腔长的实时测量, 且测量准确度高、稳定性和一致性好, 能够进行多点探测, 提高了复用能力.

将优化制备工艺的Pt/WO3薄膜与增敏的光纤光栅相结合制备氢气传感器探头, 使传感器的性能得到大幅改进.氢敏测试实验结果表明: 经过315℃热处理铂钨比为1∶5的Pt/WO3薄膜具有更好的氢气响应能力；经过施加轴向预应力结构增敏的光纤光栅温度灵敏度为16.3 pm/℃, 大约是裸光栅的两倍;改性后的光纤光栅氢气传感器在氢气浓度为10 000 ppm、2 000 ppm、400 ppm时, 中心波长漂移量分别对应为720 pm、115 pm、20 pm, 并在1 min内达到最大漂移值, 氢气浓度每变化0.01%, 波长漂移分别达到7.2 pm、5.7 pm、5 pm, 氢气最低检测极限可达到0.04%.

提出了一个利用六粒子最大纠缠态作为纠缠资源的双向量子控制隐形传态方案.该理论方案中, 六粒子最大纠缠态作为量子通道来连系着合法的三方——通信双方和控制方, 通信双方既是发送方同时也是接收方.传输过程中, Alice传输一个任意单粒子态a给Bob的同时Bob也传输一个任意的单粒子态b给Alice；由控制方Charlie来控制和协助通信双方完成最终的量子态的交换；Bob先对自己手中的粒子作一个幺正操作, 用户双方再各自对自己手中的粒子执行Bell基测量, 测量完成后通过经典信道将自己的测量结果公开宣布, 用户双方根据对方所公布的测量结果做相应的幺正操作, 从而成功地实现双向量子控制隐形传态.

基于弱的交叉克尔效应和线性光学元件, 利用光子偏振宇称门呈现了一个关于制备Cluster态的方案.本方案引入了交叉克尔非线性介质, 采用了对相干探测模的非破坏测量, 有效实现了光子与光子间的相互作用, 进而获得所期望的光子纠缠态, 同时可以提高制备的成功概率和制备态的保真度.通过本方案可以制备接近完美保真度的四光子偏振Cluster态, 并具有接近1的成功概率.在本方案的基础上通过利用线性光学元件还可以获得3N+1个光子的偏振Cluster态.

利用太赫兹时域光谱系统,测量了3种在硅衬底上淀积厚度为100 nm金膜的椭圆环阵列结构后,并且分析了各样品在太赫兹波段的透射增强现象及产生机理.结果表明：在整个太赫兹波段,此组结构样品的透射系数均在0.68以上,产生明显的透射增强;当太赫兹波的偏振方向与椭圆环长轴之间的夹角为90°时,3个样品在1.67 THz处的共振峰是由于短轴方向的电子形成偶极子振荡与入射太赫兹波进行耦合产生的;夹角为0°时,周期阵列样品无明显共振峰,而分形阵列样品的共振峰则不如斑图阵列样品的明显;样品结构的对称性越差,透射谱的信息越丰富.此外,分析相位差谱也验证了共振增强透射的存在.

针对～108帧/秒或更高速度上的超高速分幅摄影, 采用一种成像质量较好的基于会聚光中分光的全口径分光原理, 利用具有高速快门控制功能的像增强器、冷却型科学CCD相机、基于大规模可编程集成电路的高速控制器等部件, 研制成功了一种高性能的超高速三分幅相机.该分幅相机具有三幅图像的超快拍摄能力, 快门速度最高可达3 ns, 摄影速度则达到3.3×108帧/秒, 并且在较大范围内具有单独调节的能力；图像幅间间隔同时具有任意调节的能力, 从0 ns到秒级；有效像面面积达到Φ25 mm, 图像阵列为1 024×1 024；空间分辨率达到30 lp/mm, 同时具有较好的线性度和空间响应的均匀性, 满足了超高速、大幅面的分幅摄影要求.

为研究用于X射线脉冲星导航的探测系统性能,推导了在光子计数模式下探测系统的信噪比和最小可探测功率的关系表达式,并搭建测量信噪比和最小可探测功率的实验装置.测量了系统的最小可探测功率以及在不同光功率、不同累积时间和不同阈值电压条件下探测系统的信噪比.通过对X射线光子到达时间的测量,构造了X射线脉冲累积轮廓.实验表明: 随着光功率和累积时间的增加,累积脉冲轮廓的信噪比提高,累积脉冲轮廓趋于光滑;当阈值电压为-150 mV时,信噪比为26.3,累积脉冲轮廓最优;系统的最小可探测功率为3.5×10-16 W.

基于20 kW晶硅户外试验电站, 实现了对光伏方阵开路电压Voc、短路电流Isc、最大功率点功率Pm、最大功率点电压Vm、最大功率点电流Im阳辐照度以及环境温度等参量的自动测试记录.将实验测量的7个不同条件下的I-V电学参量外推广到标准光条件下, 对常规双二级管模型进行补正, 成功预测任意选定(除上述7条I-V曲线之外)的光照和温度条件下的功率输出, 偏差小于2.73%.实验表明, 该模型对上海户外环境条件下的电站发电规律具有较好的表述, 对于电站电力预测具有参考价值.

在光注入电子自旋包的不同位置进行时间分辨的泵浦-探测实验时,发现电子自旋信息的退化率不同.揭示了电子自旋扩散对准确测量电子自旋弛豫时间的影响, 获得了自旋输运动力学方程的解.对该解进行研究发现, 电子自旋扩散对电子自旋弛豫时间测量值的影响可以归结为两个含时间的因子, 其中一个因子与泵浦光斑中心和探测光斑中心的距离有关, 另一个因子与泵浦光斑尺寸有关.提出了自旋弛豫时间测量实验中消除扩散影响的条件：1)泵浦光斑和探测光斑中心重叠；2)泵浦光斑尺寸足够大.结果表明, 泵浦光斑尺寸越大, 探测光斑中心越接近于泵浦光斑的中心, 则扩散对自旋弛豫时间测量值所造成的影响就越小.

采用加热激波管和增强型CCD瞬态光谱测量系统, 在波长范围200~900 nm, 点火压力4.0 atm, 点火温度(1 200~1 300) K, 当量比0.5、1.0和2.0的条件下, 实时测得了正十二烷/空气和正十二烷/氧气/氩气燃烧过程的瞬态发射光谱.结果表明：燃烧过程在此波段内的主要发射光谱带归属于反应中间产物OH、CH和C2自由基；在不同当量比条件下, 燃烧过程中OH(306.4 nm)/CH(431.4 nm)/C2(516.4 nm)的光谱强度显著不同, 贫油情形有利于OH自由基生成, 富油情形有利于C2自由基生成；浴气的不同会导致燃料燃烧温度的不同, 从而引起燃料燃烧发射光谱的不同.所测燃烧反应自由基的时间分辩光谱直观反映出正十二烷燃烧过程中重要中间产物OH、CH和C2的变化情况.研究结果有助于认识正十二烷燃烧反应特性和验证其燃烧反应机理.

为了克服传统光谱复原算法理论上的缺点, 引入了现代谱估计技术的概念和基本算法.利用两类现代谱估计方法(自回归模型和多重信号分类算法)进行干涉光谱复原, 比较了复原光谱与传统光谱复原算法的效果, 并对文中所用几种方法的局限性加以验证和说明.研究结果证明了现代谱估计方法应用于光谱复原中完全可行且性能优异, 在传感器获取的数据长度有限时可以获得更高的光谱分辨率.

为了获得特定的探测器光谱响应, 可以采用全滤色片法对滤色片进行精确匹配.在匹配计算时, 通常使用滤色片的垂直光谱透过率作为计算依据；而实际应用中斜入射的光线会导致匹配计算结果和测试结果不一致.本文在光线漫入射条件下对圆柱形状滤色片的漫入射光谱透过率计算方法进行了分析, 提出了一种由滤色片垂直入射光谱透过率计算滤色片漫入射光谱透过率的修正模型.设计了双积分球测量装置对滤色片的漫入射透过率进行检测.在该装置下检测不同滤色片的漫入射光谱透过率, 并与修正模型计算结果进行对比验证.实验结果表明, 修正模型可以在较小误差范围内由滤色片的垂直入射光谱透过率计算其漫入射光谱透过率, 应用于全滤色片匹配可以显著提高匹配结果和实际测量结果的一致性.

提出了一种光机电一体化元件中数字微镜衍射的分析模型, 并用LightTools对该模型进行模拟仿真得到了数字微镜理论上的衍射角.随后用两种不同波长的激光照射到数字微镜表面并用坐标纸测量出了数字微镜实际的衍射角, 仿真结果与实验结果十分吻合.利用该衍射模型设计出了一种数字微镜控制的阿达玛变换光谱仪, 采用激光光源和卤素灯光源对仪器的性能进行了测试.结果显示：光谱仪的分辨率可以达到8 nm, 信噪比为1 366, 采集20次光谱的中心波长偏移仅为0.408 nm, 且仪器单次采集光谱时间为0.8 s.测量结果表明该光谱仪具有较高的分辨率和信噪比, 以及很好的重复性、稳定性和实时性.

根据推广的惠更斯-菲涅耳原理和Rytov相位结构函数二次近似, 推导出高斯-谢尔模型光束在湍流大气传输中交叉谱密度矩阵的表达式, 研究了湍流对椭圆偏振高斯-谢尔模型光束传输中的偏振特性影响, 并与部分偏振高斯-谢尔模型光束进行了对比分析.结果表明, 相对于部分偏振高斯-谢尔模型光束, 椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在湍流大气传输中偏振度、方位角以及椭圆度的变化受湍流的影响较小.同时得到椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在湍流大气斜程传输中偏振度的变化幅度比部分偏振高斯-谢尔模型光束的小, 而方位角和椭圆度的变化幅度比部分偏振高斯-谢尔模型光束的大.

利用高数值孔径显微物镜(油浸)并采用Kretschmann结构在52.3 nm金膜上激发了表面等离子体共振.从麦克斯韦方程和菲涅尔公式出发, 建立了相应的数学模型, 并对物镜后焦面的光强分布进行了数值模拟.由图像传感器采集了后焦面的光强分布, 通过计算机处理并显示.与理论结果对比, 实验得到的共振角与理论值相符.对数值模拟和检测结果的分析为金膜表面介质的表面等离子体共振成像应用和折射率检测提供了理论与实验依据.

根据折射定律结合棱镜的结构特点, 推导出了Wollaston式平行分束偏光棱镜所对应的切割角应满足的关系.利用菲涅尔公式和薄膜的光强透射理论, 推导出棱镜的光强透射比、光强分束比和两出射光束的平行度表达式.通过Matlab数值模拟, 研究并实验测量了棱镜的光强透射比、光强分束比和出射光平行度随入射角或入射波长的变化关系.结果表明：出射光束的平行度与实验结果符合得非常好, 光强透射比规律与理论结果一致.Wollaston式平行分束偏光棱镜的光强透射比和光强分束比随入射角有微小的起伏变化, 当入射光束的入射角在-3°~3°的范围内入射或波长在(400~1 100)nm范围内变化时, 两光束之间的夹角不超过 0.42°, 平行度稳定性较好.

将参量化二维相关谱方法与最小二乘向量机结合起来, 建立一种新的掺杂牛奶判别方法.采集48个合格纯牛奶样品, 并分别配置浓度范围0.01~0.3 g/L的掺杂尿素牛奶、掺杂三聚氰胺牛奶和掺杂四环素牛奶各16个.在研究纯牛奶和掺杂牛奶二维相关红外同步谱特性的基础上, 提取并计算了各样品相关同步谱的6个统计特征参量.将处理后的6个特征参量输入最小二乘支持向量机, 建立掺杂牛奶与纯牛奶的判别模型, 该模型对未知样品的判别正确率为90.6%.结果表明：参量化二维相关谱和最小二乘支持向量机为快速判别牛奶是否掺杂提供了一种新的可能的方法.

理论模拟与分析了皮肤基底细胞癌症组织的自体荧光光谱特征.在实验分析基底细胞癌症组织显微荧光图像特征基础上, 建立相应的八层组织光学模型.采用蒙特卡罗模拟方法, 分析基底细胞癌症组织在可见光波段的漫反射特征, 并对光学模型进行完善.同时, 基于光与组织的相互作用机理与蒙特卡罗方法, 模拟分析皮肤组织结构对其自体荧光光子的吸收和散射作用, 讨论自体荧光在组织内部的传输机制, 并最终重构在体基底细胞癌症组织的荧光光谱.结果表明, 理论重构的荧光光谱与在体实验结果基本一致.本研究工作为分析研究癌症病变组织内的光谱特性, 阐述生物组织内部自体荧光产生与传播机制, 提供了一种理论研究方法.