传统的超荧光光源理论分析方法存在着复杂度高、稳定性差等缺点。相反, 掺铒光纤放大器的理论研究方法——Giles模型则具有复杂度低、稳定性好、收敛速度快的优点。考虑到二者在结构上的相似性, 将Giles模型引入到铒光纤超荧光光源的理论研究中, 并利用4～5阶龙格-库塔法对单程正向抽运结构超荧光光源输出功率随铒光纤长度、铒离子浓度和抽运功率的变化关系进行了仿真研究。数值结果表明, 使用Giles模型不但可以精确描述超荧光光源的功率输出特性, 而且仿真算法的复杂度得以大大降低, 进一步提高了超荧光光源理论分析方法的实用性。

提出了一种基于光反馈的双波长光纤环形激光器有源传感的模型。通过光纤光栅对激光器的波长进行选择, 输出不同波长的两路光反馈信号, 实现光纤环形激光器的波分复用。根据光纤环形激光器的超越方程, 理论上得出系统的输出变化。系统的输出信号与自混合干涉有着相同的灵敏度, 同时可根据条纹的倾斜情况辨别物体的运动方向。系统中的激光器不仅作为传感光源, 同时也作为传感敏感元件, 实现光纤环形激光器的有源传感。模拟分析了两路不同波长信号之间的变化关系, 考虑外部靶面位移大小对系统输出的影响。实验观测的结果与模拟结果相一致。

基于激光非线性传输和频率转换理论, 研究了频率转换中基频光与三倍频光相位关系对光束近场带来的影响。结果表明, 三倍频光近场对比度急剧增加对应的基频光B积分比频率转换前基频光近场对比度急剧增加对应的基频光B积分要小很多, 在基频光B积分远小于1.8 rad时, 三倍频近场也会成丝分裂。这对神光III原型装置首束集成实验终端光学元件（FOA）出现的不寻常损伤作出了合理的解释。对实际工程中如何降低终端光学元件的紫外损伤风险有重要的指导作用。

在大型骨干光网络中, 建立一条从源节点到宿节点的路由至关重要。在集中式网络管理系统体系下, 网络中动态路由信息以及故障状态信息, 通过路由的“泛洪”机制, 被传送到其他节点上实现资源信息共享,这对于连接的迅速建立, 恢复路由的快速启动将是不利的。尝试采用一种启发式算法-蚁群策略, 快速提高光网络中故障恢复的速度。该路由算法平台采用了分布式蚁群算法自动修复故障点, 解决了重路由的快速收敛问题; 依靠分布式代理机制构建管理平面和数据平面相互通信的机制, 完成诸如链路信息素的更新等功能。设计了一个网络故障的场景, 通过实验数据表明, 采用蚁群的分布式路由策略, 可以更快地实现路由信息的汇聚, 找到最佳的恢复路由。

基于非线性耦合模方程组（NLCME）的解析孤子解, 讨论了均匀布拉格光栅（FBG）中慢光栅孤子（GS）的存在性。利用双曲正切中间变迹光栅中的NLCME, 引入非相对论-绝热-准量子近似法, 将光栅孤子作为一个低速运动且能量守恒的整体进行分析, 得到了孤子的轨迹方程。对反射孤子、低速孤子和静态孤子三种情况下的速度、位移分别进行数值计算, 分析了变迹光栅孤子的速度可控性。对孤子时延进行的数值仿真表明, 50 m的变迹光栅中可产生2000 ns的时延, 平均速度仅相当于均匀光纤中的0.1倍。讨论了光栅参数和脉冲初始参数对速度、位移和时延的影响。研究结果表明：在变迹光栅中, 选取合适的光栅变迹函数和初始脉冲, 可得到速度在0～c/n之间的任意孤子, 产生需要的时延大小, 从而实现孤子光缓存。

基于Altera公司的32位嵌入式软核处理器NiosⅡ, 设计了一种四通道分布式光纤光栅传感网络的并行波长解调系统, 对解调系统的光路和硬件电路进行设计。解调系统的硬件电路以现场可编程门阵列(FPGA)为核心, 对整形为矩形脉冲的光电转换信号电压进行采集和信号处理, 可与上位机实现通用非同步收发传输器(UART)和通用串行总线(USB)通信, 在上位机上实现光纤光栅波长解调的动态显示和光栅中心波长标定, 可高速、高精度并行解调上百个外界被测信号。与目前具有同样功能的其他波长解调系统相比, 具有灵活、稳定、易维护、高速、高精度等优点, 可被应用到大型多点安全监测工程。给出具体的波长解调和标定的实例, 精度可达到±2 pm。

基于电磁场时域有限差分法(FDTD)计算光子晶体光纤(PCF)的方法, 分析了运用该方法时需要注意的一些问题, 特别是关于晶格位置、晶格上各个电磁场分量的分布以及完全匹配层(PML)中在边界处的电磁场的处理。以此为理论依据分析了一种纯石英材料双层芯PCF, 对这种光纤的传输特性进行了详细的数值模拟。通过调整光纤的结构参数, 设计出大负色散值的宽带色散补偿光子晶体光纤(DCPCF)。数值模拟结果显示在1530～1565 nm波长范围内其色散值在-400和-600 ps/(km·nm)之间变化, 达到了具有相同有效模面积的普通色散补偿光纤(DCF)的5倍。在整个C波段可以有效补偿长度25倍以上的标准单模光纤(SMF), 其色散剩余量在±1.0 ps/nm·km以内。该种结构的PCF对于制作高增益和宽带色散补偿于一体的集中式光纤放大器具有十分重要的意义。

对普通载氢光纤光致折射率变化量与曝光时间的关系进行了实验测量研究。针对不同曝光时间导致的光栅强度不同, 分别提出了均匀光栅最大反射率测量模型和反射率零点带宽测量模型, 并分析了两个模型由于布拉格反射波长的测量误差对光致折射率变化量计算结果造成的影响。结果表明, 244 nm氩离子倍频激光器输出光功率为40 mW时, 普通载氢光纤光致折射率变化量随曝光时间总体上呈现指数分布关系Ac=1.632×10-6 t 0.76912; 在曝光时间较短时, 造成的光栅强度较弱, 光致折射率变化量有明显的指数增长趋势, 之后是一段较好的线性区域, 这时两个测量模型的结果得到了很好的印证, 随着曝光时间的继续增加, 光致折射率变化量达到饱和。

建立了半导体光纤环形激光器的动力学模型, 并进行了数值分析和研究。半导体光放大器采用由张应变引起的自身双折射理论模型, 光纤的双折射效应和偏振控制器对光的偏振调节作用综合用一个线性双折射琼斯矩阵表示。利用Matlab软件对该模型进行仿真, 寻找到特定电流下半导体光纤环形激光器产生偏振混沌时偏振控制器的延迟角与方位角的范围以及半导体光放大器注入电流对环形激光器产生偏振混沌的影响。仿真的环形激光器输出功率与偏振度随半导体光放大器注入电流的变化关系与实验结果相符。结果表明, 半导体光放大器注入电流越大、偏振控制器的延迟角与方位角越接近零, 越容易产生高频偏振混沌。

目前广泛应用的光子相关光谱(PCS)颗粒测量系统中, 光子相关器动态范围的设置需要与实际待测颗粒的光强自相关函数曲线衰减区间相匹配, 这样, 相关器才能给出具有最佳分辨率的自相关函数曲线。然而, 在实际测量过程中, 待测颗粒体系的粒度分布范围通常是未知的, 因此需要对参数进行多次修正才能得到最佳的分辨率效果。对此, 提出一种可根据被测颗粒体系的粒度分布范围变化, 自适应修正测量参数进行光子相关器动态范围调整的方法。该方法通过初始采样时间的选择和相关通道采样时间的再分配, 实现测量过程中的相关器动态范围调整, 使其与待测颗粒体系的光强相关函数曲线衰减区间相匹配, 从而保证在任意颗粒系的测量中都能得到分辨率最佳的自相关函数曲线。

研究了一种采用声光调制器实现的透射式外差干涉椭偏(IE)测量系统。实验测量了单层透明ITO膜, 膜厚和折射率测量误差分别达到4 nm和6％。除了激光源和偏振器件之外, 分光镜也是重要的非线性误差源。研究了分光镜(BSs)退偏效应和方位角对椭偏测量误差的影响。采用琼斯矢量法推导出误差理论模型, 并数值计算了误差随分光镜光学参数和方位角的变化规律。计算结果表明, 由此引入的膜厚测量误差可达数纳米量级, 且与方位角误差近似成线性关系。退偏效应和方位角误差引入的非线性测量误差是互相关的, 不能通过移出被测样品的标定过程来完全消除。为了达到亚纳米级测量精度, 需要控制分光镜方位角误差在0.01°以内。根据分光镜退偏参数与非线性误差的关系, 可以设计或选择合适的分光镜。

介绍一种以光纤法布里-珀罗(FFP)滤波器为核心的便携式近红外光谱仪的设计方法。为克服FFP控制电压和扫描波长之间的迟滞和非线性效应, 实现光谱仪扫描波长的准确定位, 采用一组光纤光栅（FBG）的中心波长为参考, 利用粒子群优化（PSO）算法对每个FBG中心波长进行准确定位。在此基础上, 采用多项式拟合技术, 实现了在每一个FFP扫描周期内, 在线建立FFP扫描波长与其控制电压间的关系模型, 从而构建了一种准确度高、小型便携的近红外光谱仪。实验证明该光谱仪扫描波长范围为1490～1590 nm, 波长测量误差低于0.15 nm, 波长分辨率小于0.4 nm。

研制了一种新型液相/电化学原子力显微镜（EC-AFM）系统。该EC-AFM系统的探头部分以激光作为光源, 设计了独特的液相光路, 采用了一块透明的玻璃作为视窗, 同时作为探针座, 将微探针和样品完全浸没在液体中进行扫描检测。设计了完全开放式的电解池, 可方便地改变样品的液体环境, 对电化学反应进行操作和控制。此外, 采取了探针扫描的方式, 使得较大和较重样品的扫描检测得以实现。利用该EC-AFM系统, 以铁片为阴极, 铜片为阳极在硫酸铜溶液中进行了化学镀铜实验, 并对实验过程进行了实时观察, 获得了不同阶段的样品表面图像。实验结果表明, 自主研制的EC-AFM在溶液中可扫描获得理想的AFM图像, 分辨率达到纳米量级, 证实该系统可以直接观察电解液中固液界面的化学反应。

利用扫描相位掩模法在光敏光纤上成功写制了45°倾斜光纤光栅, 为了增加光栅的长度, 采用了在同一光纤上连续拼接写制多段倾斜光栅的技术, 提高了45°倾斜光纤光栅的偏振选择特性。对写制的45°倾斜光纤光栅的偏振依赖损耗特性进行了实验研究, 报道了利用45°倾斜光纤光栅作为偏振元件, 实现了掺铒光纤激光器的线偏振稳定输出, 输出激光的偏振消光比达到30 dB, 证明了45°倾斜光纤光栅具有良好的偏振依赖特性, 作为一种新的偏振元件, 具有光纤化、性能高、结构紧凑以及价格低廉的特点, 具有很大的发展潜力。

报道了一种应用于高功率光纤放大器的侧面抽运耦合器。采用熔融拉锥工艺以及最基本的2×1耦合方式, 实现了高耦合效率、高隔离度的光纤侧面耦合器的研制。通过对多种不同光纤组合的研究, 发现采用外径125 μm, 数值孔径为0.46的无源双包层光纤做信号传输光纤和抽运耦合光纤, 可获得高达74％的抽运耦合效率; 耦合器信号光通过率为95％; 信号输入端与抽运输入端的隔离度大于50 dB; 抽运输入端对输出端反向传输光的隔离度 为20 dB。采用该侧面耦合器, 实现了输出功率达1 W的窄线宽全光纤放大器。

光子晶体偏振滤波器是利用光子晶体带隙特性来控制信号光偏振状态的一种新型滤波器, 在光纤通信、光学传感测量、光学信息处理等领域均有重要应用。通道数多少是偏振滤波器设计的重要指标, 通道越多则信息容量越大, 越有利于系统的小型化微型化。利用光学传输矩阵法研究了影响一维光子晶体偏振滤波器通道数目的因素, 研究表明：(1）光子晶体缺陷层厚度是影响滤波器通道数目的关键因素, 通道数N与厚度D近似满足线性关系, 在500 ～650 nm波段函数关系为N=0.0035D+0.159; (2）缺陷层折射率nc的变化也会导致通道数改变, 折射率越大通道数越多;( 3）光子晶体单元层数和单元厚度改变不会影响滤波通道数, 但可以调节通道中心波长位置, 同时对偏振度和分离度也有影响。

采用了结构为(B′A′)N(A′B′)N (B′′A′′)N(A′′B′′)N的光子晶体异质结来设计一维全方向滤波器。利用传输矩阵法对该结构的透射性能进行了分析, 并结合遗传算法对该光子晶体异质内各组元厚度比和组元的周期数进行了优化, 最终得到一个相对较优的一维光子晶体滤波器。该滤波器具有较宽的滤波频带, 并且具有很好的方向选择特性, 是一种高精度的一维全方向光子晶体滤波器, 可广泛应用于滤波器、光开关等光通讯领域。

报道了研制主振-放大（MOPA）结构的高功率保偏掺镱脉冲光纤激光器并用其抽运光参变振荡器（OPO）的研究工作。掺镱脉冲光纤激光器以声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为种子源, Liekki的大直径双包层保偏光纤作为放大介质, 得到接近基模的1064 nm波长激光输出, 最大线偏振输出功率17 W, 偏振消光比优于10 dB, 重复频率50 kHz, 脉冲宽度60 ns。利用该光纤激光作为抽运光, 抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的宽带可调谐OPO, 实现了高效参量转换。在信号光1518 nm通道, 以16.2 W功率抽运, 获得最大参变输出功率9 W, 其中3.5 μm波长功率为2.4 W。OPO的能量转换效率为58%, 斜效率为68％。在信号光1491 nm通道, 以14 W功率抽运, 获得最大参变输出6.6 W, 其中3.7 μm波长功率超过2 W。

镀膜的级联长周期光纤光栅（Cascaded Long-Period Fiber Gratings, CLPFGs）对膜层的折射率及环境折射率有很高的敏感性, 可用作气体传感器或溶液浓度传感器。本文采用耦合模理论与传输矩阵法, 数值计算了不同薄膜厚度下镀膜CLPFGs干涉峰波长的相对变化率与薄膜折射率的相对变化率的比值, 及不同薄膜厚度下镀膜CLPFGs干涉峰波长的相对变化率与环境折射率的相对变化率的比值。选择恰当的镀膜厚度, 使镀膜CLPFGs传感器的灵敏度最优化, 结果表明镀膜CLPFGs传感器对薄膜折射率及环境折射率的分辨率可达10-5。

采用平面波展开法和时域有限差分法研究了二维空气环型光子晶体的负折射现象。通过平面波法计算了三角晶格空气环型光子晶体的能带结构和等频曲线分布, 通过等频曲线的分析得到了光子晶体有效折射率与光波归一化频率之间的关系, 并模拟了光波在有效折射率为 -1的平板和楔形结构光子晶体中的负折射传输过程。模拟结果表明, 优化设计的空气环型光子晶体可以实现较为理想的负折射现象, 且特定频率光波实现负折射对结构参数的要求较低, 有效的降低了实验室制作光子晶体负折射材料对结构参数的苛刻要求。在实验室采用X光刻蚀方法制作空气环型光子晶体能够节省大量的刻蚀时间, 进而降低光子晶体的制作成本。

设计并拉制了零色散波长在800 nm附近的折射率引导型光子晶体光纤, 仿真结果表明光子晶体光纤的基模零色散波长在825 nm处, 并能在基模下产生四波混频现象(FWM)。使用中心波长为810 nm的200-fs Ti宝石激光器抽运, 在短波段610 nm处出现了显著的反斯托克斯效应, 输出信号光为高斯形, 这表明在光子晶体光纤的基模下产生了反斯托克斯光。产生的反斯托克斯信号的能量远远高于剩余抽运激光的能量, 输出的反斯托克斯光和抽运光的频谱之比超过了1.2, 其转化效率超过了50％, 很好的实现了波长转换。

针对负单轴晶体的第I类匹配方式, 利用微增量分析法研究了信号光波长增量与相位匹配角增量的量化关系, 即角调曲线, 讨论了信号光波长调谐范围。在相位匹配角微小变化的条件下得到角调近似曲线。通过构造表征晶体双折射性强弱的函数, 利用硒化镓和铌酸锂两种典型非线性光学晶体的对比, 讨论了双折射特性对光参量振荡器(OPO)角调曲线的影响。结果表明, 双折射性越强, 信号光波长变化对相位匹配角变化越敏感。

利用GaAs晶体作为可饱和吸收体, 实现了掺镱光子晶体光纤激光器的被动调Q输出。实验用掺杂光子晶体光纤的芯径为21 μm, 数值孔径为0.04, 在实现了大模场面积的同时, 保证了激光器的单模运转, 从而得到高光束质量的激光输出。实验使用高功率半导体激光器作为抽运源, 采用自行研制的耦合系统将抽运光耦合进入光子晶体光纤的包层中。在激光器平均输出功率为5.8 W时, 实验得到的最短输出激光脉冲为80 ns, 重复频率为6.7 kHz。

设计并模拟了一种基于光子晶体自准直效应的二维介质圆柱光子晶体迈克耳孙干涉仪。此结构包括一个分束器和两个反射器。利用有限时域差分法计算模拟发现, 在归一化频率范围0.192c/a～0.200c/a内, 光束保持自准直传输, 出口处透射谱成正弦形分布。固定短臂长度同时增大长臂的长度时发现透射谱峰值频率向低频方向移动, 而透射谱峰值的间距非线性下降。因为其等间距分开某一频率范围的特性, 此迈克耳孙干涉仪器可以用于波长信号分离器, 对于光通讯波长1550 nm, 整个干涉仪结构只有几十微米大小, 所以有可能将来用于光子晶体集成器件和全光通讯。

给出了基于偏振效应的光纤光栅磁场传感器的方法。为了降低传感器中线双折射对传感系统输出的影响, 提高测量系统的稳定性, 利用琼斯矩阵对线双折射及入射起偏角对系统输出特性的影响进行了理论推导及仿真, 研究了系统对线双折射变化的敏感度大小与起偏角的关系, 确定了最佳起偏角。以最佳起偏角入射, 可以将系统对线双折射变化的敏感度降到最低, 提高系统的稳定性和可靠性, 为光纤光栅磁场传感器的实用化设计提供了参考。

在高性能计算机系统中, 极低延迟高吞吐量的光交换网络具有很多优势, 而光开关作为全光交换网络中的关键器件, 它的性能直接影响到光交换网络的交换能力, 是近年光通信领域的研究热点。半导体微环共振器作为近年提出的一种新的光开关解决方案, 在功耗、延迟、体积等方面具有优势, 目前吸引了越来越多研究机构的注意, 并先后提出了一些比较有价值的微环共振器光开关设计方案。结合目前国内外微环共振器光开关的最新进展, 分析了微环共振器光开关在高性能计算机和光交换网络中的应用, 需要进一步改进的研究重点, 以及微环共振器作为低延迟光开关的发展前景。

研究了一种新改进的折射率导光光子晶体光纤的色散性能。研究表明当纤芯空气孔的孔径小于包层空气孔孔径时, 光子晶体光纤仍然通过全内反射（TIR）导光。采用全矢量平面波展开法分析光子晶体光纤的色散特性, 并设计了波长为1360 nm到1730 nm时, 色散值在-10±0.5 ps/（nm·km）之间的色散平坦光子晶体光纤, 其色散斜率在波长为1370～1740 nm时可达±0.01 ps/nm2/km。

理论分析了光学脉冲磁场传感器中偏振方位角对灵敏度和信噪比的影响, 提出了用偏振方位角的大小来提高脉冲磁场传感器灵敏度的方法。实验结果表明, 当偏振方位角分别为45°, 60°, 70°和80°时对应的灵敏度为1.8/T,1.9/T,2.9/T和4.6/T,因此增加偏振方位角可提高磁场传感器的灵敏度。实验结果和理论分析相吻合,验证了此方法的正确性。

作为一项重要的光学性能, 微型可编程光栅的最大闪耀角决定了其可用光谱波段。提出了两种微型可编程光栅最大闪耀角的实验测量方法, 同时搭建了一个简单的光学系统验证其可行性及有效性。测量结果与理论计算和数值仿真的结果比较吻合, 相对误差均小于3.5%。结合实验现象, 利用Matlab软件仿真分析了释放孔对衍射结果的影响, 为提高微型可编程光栅的光学性能提供了技术参考。

大口径移相干涉仪在检测空间频率为毫米甚至亚毫米量级的相位误差时, 存在部分空间频率的相位误差失真效应。因此, 必须对大口径移相干涉仪的频率响应函数进行标定,以保证检测数据的真实性。引用评价参数-功率谱密度, 重点研究了干涉仪频率响应函数的实验标定。在理论上建立标定干涉仪频率响应函数的数学模型, 讨论了两种标定方法—正弦相位光栅法和台阶法, 分析其各自的优缺点, 综合比较后确定台阶法作为实验方案。深入研究台阶样品可以作为标定用标准台阶的条件, 即台阶阶跃的陡峭程度与台阶信噪比的选择, 探讨了台阶法标定干涉仪频率响应函数的可行性; 设计、制作了高精度的台阶相位板, 结合实验对干涉仪的频率响应函数进行标定测量, 给出有关曲线; 最后分析了几种误差源对干涉仪频率响应函数标定结果的影响及其消除方法。

由于太赫兹辐射的独特性质和潜在的应用价值, 国内外关于太赫兹波的产生和探测的研究正呈现日益繁荣的景象, 目前太赫兹相干辐射源的研究已成为太赫兹技术领域最重要的前沿课题之一。介绍了产生太赫兹相干辐射的三种主要途径：一是光学技术, 它从高频向低频发展, 其代表为太赫兹激光器, 如气体激光器、半导体激光器和量子级联激光器等; 二是电子学技术, 它由低频向高频发展, 如微波管、固体微波源等; 三是光电子技术, 其频率由1 THz向两侧展宽, 采用超快激光脉冲触发产生太赫兹脉冲。设计了基于光学技术的太赫兹相干辐射系统, 该装置根据气体振转能级跃迁原理, 采用高压直流激励方式产生受激辐射, 波导管谐振腔体, 工作气体为N2, CD4和D2, 经过优化设计, 预计可以产生1.54 THz和1.58 THz的波连续输出。

从理论与实验两方面研究了基于普通单模光纤的光纤布拉格光栅在弯曲时光谱特性的变化。基于耦合模理论, 以弯曲光纤为参考波导, 研究了弯曲波导的分析模型和漏模求解工具, 考虑了弯曲时光弹效应的影响, 得到弯曲光纤中的准导模（漏模）; 分析了弯曲情况下, 布拉格波长的变化情况, 与实验结果基本吻合。在1 cm的弯曲半径下, 布拉格波长向长波长的偏移在10-2nm量级。

利用数字信号处理理论,设计不等带宽晶体型交错滤波器。运用琼斯矩阵理论计算晶体型交错滤波器的光谱透射率表达式, 在此基础上利用数字信号处理中的Z变换方法对其进行简化, 使其满足有限脉冲响应（FIR）表达式, 继而利用数字信号处理中的FIR理论设计不等带宽型交错滤波器。其中晶体和检偏器的偏角根据系统光谱透射率的表达式反向推解求出。设计了窄口和宽口输出谱3 dB处带宽比为1∶2的50 GHz不等带宽交错滤波器, 并给出了宽口和窄口输出光谱在0.5 dB处带宽宽度、隔离度和陡度的各组参数; 比较了在同种阶数下运用不同FIR设计所得的结果, 分析了不同方法对于输出透射光谱波形特性的优缺点。

在微机电系统技术的基础上, 采用两层多晶硅表面微加工工艺, 研制了一种新型的微型可编程光栅, 利用静电驱动方式实现对光栅闪耀角的动态控制。该微型可编程光栅具有结构简单、大闪耀角可调等特点。通过对样件主要性能指标的测试, 得到光栅的下拉电压在110～115 V范围、回复电压在74～65 V范围、谐振频率约78 kHz、调节时间约12 μs, 其最大可工作闪耀角超过5 °, 测量结果与仿真基本吻合。同时探讨了该微型可编程光栅作为光开关应用的可能性, 并针对现有样件存在的问题, 提出了改进意见。

分析了一种百纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统, 建立了衍射叠栅(莫阿)信号与对应位移的数学模型, 并通过计算机仿真对叠栅信号的位移特性进行了研究。在此基础上设计了一套基于双级衍射光栅的精密定位装置, 利用两组衍射光栅, 取其透射零次激光叠栅信号的差信号为控制信号, 由微机控制实现高精度位置检测及精密自动定位。系统采用的差动光栅技术, 极大地提高了位置检测信号的灵敏度及定位精度。通过粗定位和精定位相结合的两段式复合定位, 可在高精度定位的同时, 缩短定位时间, 实现高速高精度定位。实验结果表明, 基于衍射光栅的精密定位装置可获得±0.5 μm的定位精度, 对精密加工工程领域具有重要的实用价值。

对于非合作目标的中程距离测量, 从测距范围、测量精度、速度和可靠性的折衷方面来讲, 脉冲相位式激光测距法优于常规的脉冲法测距和连续波相位法测距。在脉冲相位式激光测距中提出采用连续发射的正弦调制脉冲信号提高发射激光的峰值功率以提高测程, 但发射激光的平均功率被保持很低保证了发射激光对人眼的安全。同时根据硅雪崩光电二极管(Si-APD)噪声谱密度理论, 设计了具有温度补偿和反馈电阻噪声补偿的激光测距仪前放接收模块, 详细分析了背景光, 反向高压和反馈电阻对于Si-APD接收性能的影响。实验表明：根据该方法设计的前放接收模块使测距仪接收系统获得最大信噪比, APD工作在最佳倍增状态,从而提高测距仪的探测灵敏度和最大测程。

探索利用大模场光子晶体光纤产生大功率、高光束质量的超连续谱。采用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程(GNLSE), 模拟了光脉冲在大模场光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生过程。着重分析了光子晶体光纤长度和抽运脉冲的峰值功率、啁啾等对超连续谱产生的影响, 讨论了大模场光子晶体光纤中光谱的非线性展宽机制。发现可将超连续谱产生过程分为初始展宽、剧烈展宽和饱和展宽三个阶段。合理选择光纤长度, 使产生的超连续谱处于剧烈展宽阶段时输出, 既能够得到较宽的光谱, 又能够保证较高的效率。抽运峰值功率对超连续谱的产生有重要影响, 当输入功率较小时, 脉冲的频谱成对称展宽, 仅有自相位调制(SPM)效应起作用, 其他高阶效应的影响都很弱。随着脉冲功率的增加, 频谱短波方向变化较小, 光谱向长波方向展宽。同时, 脉冲时域出现振荡调制, 振荡的起因与光波分裂现象有关。抽运光初始啁啾对超连续谱的产生也有重要影响。当啁啾为正时, 啁啾量的大小对产生超连续谱的影响较小, 蓝移方向基本没有影响, 而红移部分能量随着啁啾量的增大向长波方向转移, 超连续谱总的宽度变化较小; 当啁啾为负且满足一定条件时, 其中的非线性作用得到增强, 有利于光谱展宽。

提出了一种新型的基于重构等效啁啾(REC)超结构光纤光栅的可调谐微波光子滤波器的结构。根据REC技术, 利用同一块均匀相位掩模板可以灵活地设计制作出具有不同斜率的线性群时延的光纤光栅。作为有限冲击响应(FIR)滤波器的抽头延时单元, 不同光纤光栅之间群时延的差值决定了滤波器的自由频程(FSR)。通过改变可调谐激光器的输出波长来选择不同的抽头间时延差从而达到调谐FSR目的。仿真结果表明, 该滤波器可以实现中心频率从21 GHz到33 GHz的连续可调。事实上, 由于REC技术的灵活性, 在理论上对于任意给定的频段和调谐范围, 这种新型的滤波器结构都能够实现。

设计并实现了一种基于长周期光栅边缘滤波特性解调光纤布拉格光栅(FBG)的动态应变检测系统。研究了当试件加载垂直周期力时FBG受到的动态响应特性。将FBG作为传感元件, 利用长周期光栅(LPFG)边缘滤波特性对光强调制, 长周期光栅的透射光信号经光电转换获得电压信号, 通过数采卡与LabView软件设计结合由计算机采集。根据试验结果, 获取信号的时域波形图并进行频谱分析。结果表明, 该系统采集的信号能够较好地反映施加振动载荷的频谱特征, 并实现了3 kHz频率以下的动态应变测量, 波长分辨极限达到0.004 nm。

利用Janis CCS-350制冷机(最低可达10 K)提供低温环境, 从室温到200 K, 利用真空泵持续抽取真空, 使氧缺陷YBa2Cu3O7-x(YBCO)超导体中的氧重新分布。实验表明, 在缺氧环境下, 样品氧缺陷现象加剧, 超导临界温度降低, 直至到正常态, 利用原位光辐照氧缺陷YBCO样品产生持续光电导效应或光诱导超导电性效应, 可以部分地抵消氧缺陷对超导电性所引起的破坏, 而对YBCO,x<0.1时, 其转变温度Tc高于90 K的样品, 在缺氧环境下, 样品氧缺陷现象变化和光辐照效应不明显。讨论了YBCO超导体在能隙比一般半导体光电材料至少要窄约二个数量级, 又具有较高的光学吸收系数的情况下, 光子作用下高温超导体内各种元激发之间的相互作用过程, 对实际应用YBCO超导体光学性能, 理解机制设计仪器有现实意义。

利用光纤参量放大器(FOPA)中的波长转换特性完成全光与逻辑运算。以波长转换的原理为基础, 从两路输入光波的四种码字组合的相位匹配关系入手, 证明了FOPA的闲散光输出与两路输入光波的逻辑关系符合与门的逻辑。通过龙格-库塔方法数值求解非线性耦合方程组, 仿真证实了FOPA的输出与输入光波满足全光与门的逻辑, 研究了此全光与逻辑门闲散光波的输出功率随光纤长度、输入光波的功率比值以及输入光波波长位置的变化关系, 为实际中优化设计全光与门提供了参考。并对100 Gb/s的全光与逻辑运算中所应选择的输入光波脉冲宽度的问题进行了讨论。

以4-溴-1,8-萘酐为原料经过亚胺化和取代反应合成4-烷氧基-N-十八烷基-1,8-萘酰亚胺类荧光化合物。并以产率为指标讨论了影响亚胺化反应的因素, 得到优化的亚胺化工艺条件, 即反应温度50 ℃, 反应时间3 h, 4-溴-1,8-萘酐与十八胺的物质的量比为1∶1.08, 所得中间产物4-溴-N-十八烷基-1,8-萘酰亚胺的产率可达81.6%。中间产物的红外光谱表明生成的产物符合要求。对目标产物4-烷氧基-N-十八烷基-1,8-萘酰亚胺进行了荧光光谱测定, 在464 nm波长激发下样品的荧光光谱表明, 该类化合物在510～550 nm之间有明显的发射峰。目标产物在空调系统润滑油中有较好的溶解性, 在紫外灯照射下有较强的绿色或黄绿色荧光。

采用激光烧结的原理加工三维(3D)功能化零件, 利用高性能的Nd∶YAG激光器(波长1.06 μm)和光学系统, 通过计算机高精度控制的喷嘴送粉、数控平台配合运动, 在光束焦点处烧结粉状颗粒, 层状生长, 加工生长出由二种金属粉末组成的合金钢管零件。此激光辅助加工系统的主要难点在于激光加工头的设计与加工, 给出了激光加工头的机械结构, 送粉喷嘴的结构设计和整个激光辅助加工系统的总体布局。整个加工过程通过友好的人机界面, 由UG软件设计的每个3D部分的界面层依次切片, 然后在加工平台上一层层的堆砌起来。零件通过金相法观测其金属组成分布, 并利用微硬度仪检测钢管垂直方向上的微硬度分布, 结果表明钢管的微硬度分布完全取决于材料组分的分布, 证明了此激光辅助加工系统制造功能化零件的实用性。

与传统光学抗反射膜相比, 二维抗反射亚波长周期结构可以通过调整结构尺寸、周期等参数调节整个结构的等效折射率分布, 从而达到更好的抗光反射效果。通过基于有限元方法的电磁场全波分析方法, 对纳米球形亚波长周期结构进行了深入的分析, 研究了纳米球尺寸和周期等结构参数对反射率的影响。使用溶胶-凝胶法制备了不同尺寸的二氧化硅球形纳米颗粒, 并制成密排球形颗粒样品。反射率测量实验表明该样品在可见光和红外波段具有良好的抗反射性能。并在理论计算和实验验证的基础上, 给出了一种可行的密排球形亚波长抗反射表面的设计方法。

三维（3D）测量方法较二维（2D）测量能更全面地反映零件真实形貌的几何形状信息, 其参数统计特性好, 具有稳键性。提出了基于数字图像处理技术的测量零件表面粗糙度的三维测量方法, 并构建了表面粗糙度三维测量系统。对从数码相机所采集的图像进行了中值滤波、灰度平衡、直方图变换增强等处理, 并计算了平磨加工的五种不同粗糙度等级试验样块的三维参量, 对其均值m, 方差σ, 表面均方根偏差Sq, 陡峭度Sku和轮廓算术平均偏差Ra相关性进行了讨论。试验表明, 平磨加工样块的三维参数m, σ, Sq随Ra值的增大而增大, 而参数Sku与Ra无明显相关性。

用溶胶凝胶方法, 在碱性催化剂的作用下, 将正硅酸乙脂在乙醇与水的混合溶剂中水解, 获得了光子晶体材料, 即形状完美的二氧化硅球状颗粒。扫描电子显微镜和激光粒度仪分析表明, 所合成的产物为大小约0.7 μm的二氧化硅球状颗粒, 它们能够在玻璃衬底上自动排列成光子晶体。氦氖激光衍射实验表明, 由二氧化硅球状颗粒制成的光子晶体能够对红光产生11级衍射。当一束白光经过二氧化硅光子晶体时, 观测到了六重对称衍射花样, 表明二氧化硅球状颗粒在光子晶体中是六角紧密堆积结构。

采用直流反应磁控溅射的方法制备ZnO薄膜, 用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见光谱仪(UV-Vis)分别表征ZnO薄膜的晶体结构和表面形貌等特征。并用此材料制备Au/ZnO/Au金属-半导体-金属(MSM)结构光电导型ZnO薄膜紫外光探测器。实验结果表明, ZnO探测器在360 nm出现明显光响应,其光电流为2.5 mA, 在5 V偏置电压下暗电流为250 μA; ZnO紫外探测器在250～380 nm的紫外波段, 探测器有很明显的光响应, 且光电流响应比较平坦; 在380～430 nm区域, 光响应明显下降; 其光响应的上升与下降弛豫时间分别为20 s与80 s。从光谱响应图中可以看出紫外(360 nm)比可见区(450 nm)的光响应高出3个数量级, 薄膜表面存在的缺陷(如氧空位)在ZnO紫外探测器的光电效应中有重要作用。

制备了Ho3+/Yb3+共掺的氧氟硅酸盐玻璃, 根据玻璃样品的差热分析进行微晶化处理, 测试了Ho3+/Yb3+共掺微晶玻璃的X射线衍射(XRD)图谱、吸收光谱和上转换发光光谱。结果发现, 在980 nm LD激发下, Ho3+/Yb3+共掺的含BaF2纳米晶的氧氟硅酸盐微晶玻璃可以同时观察到绿光(544 nm)和红光(656, 748 nm)上转换发光, 分别对应于Ho3+ 离子的5F4/5S2→5I8, 5F5→5I8和5F4/5S2→5I7能级跃迁, 与未热处理的玻璃样品相比, 微晶玻璃样品的绿光发光强度增强约347倍。研究结果表明含BaF2纳米晶的氧氟硅酸盐微晶玻璃是一种潜在的上转换基质材料。

采用实验方法研究了新型软光电材料离子液体的电光调制特性。研究表明外加低频交流电信号时, 光功率输出与电信号相同频率振荡, 振幅受调制信号幅度和频率的共同影响, 电压幅度越大, 电压频率越低, 光输出振荡幅度越大; 外加直流电信号时, 光功率输出呈光开关状态。对影响光功率变化的因素, 如离子液体种类、调制部分物理尺寸以及离子液体折射率、电导率等进行了研究分析, 并对实验现象进行初步解释。

柔性有机电致发光器件(FOLED)封装材料的研究已成为目前国内外FOLED研究的热点。如何测量水蒸汽、氧气和其他活性气体对FOLED封装材料的渗透率, 是FOLED封装材料研究的一个重要课题。提出用质谱分析技术解决柔性有机电致发光器件封装材料气体渗透率的测量问题, 建立了一个封装材料渗透率的质谱法测量系统。介绍了该系统的原理, 利用该系统测量了水蒸汽、氧气和二氧化碳等气体对PET塑料, 以及水蒸汽对ITO薄膜、银薄膜等材料的渗透率。所获得的实验结果与其他文献报道的数据进行了比较, 证明质谱法测量的结果是可信的。

选取光引发剂184、聚合树脂(TMPTA)作为裹芯固化物质, 采用界面聚合法对光固化物质包囊, 扫描电镜、激光粒度仪观测表明光热敏微胶囊形貌规则, 峰值粒径为0.3 μm。热重分析获得微胶囊热分解温度高于350 ℃, 该材料在室温下具有热稳定性。利用吸收光谱、红外光谱研究了光热敏微胶囊的光引发固化反应过程。结果表明所得光热敏微胶囊的光谱吸收峰位于310 nm, 半峰全宽为30 nm; 曝光后TMPTA在1620 cm-1处的C=C双键吸收峰和920.1 cm-1, 837 cm-1处的C=C键上C-H键吸收峰减小, 说明光热敏微胶囊内光固化是TMPTA在引发剂引发下, 通过C=C双键打开形成空间网络的交联聚合过程。对比不同曝光条件下的影像密度特性, 确定裹芯固化最佳曝光时间为20 s。

研究了一种在平面干涉仪上检测大曲率球面光学零件面形的方法, 将在平面干涉仪上得到的干涉条纹通过图像预处理、快速傅里叶变换(FFT)提取相位、解包裹、泽尼克(Zernike)多项式拟合等处理得到被检球面相对标准平面的面形, 与指定的标准球面相减后, 再一次Zernike多项式拟合得到被检球面相对于指定标准球面的面形, 计算出被检球面的面形误差峰谷(PV)值、均方根(RMS)值及工程上常用的光圈N与局部光圈ΔN, 并模拟出用球面干涉仪或球面样板检测时的干涉条纹, 克服了接触检测的缺点, 为高精度、大曲率半径光学零件表面面形的检测提供了一种适用的方法。

利用真空热蒸发在石英基片上制备了不同厚度的氧化钒薄膜, 研究厚度对薄膜的结构、形貌和光学特性的影响。薄膜的结构由X射线衍射(XRD)仪和拉曼(Raman)光谱仪测得, 表面形貌用原子力显微镜(AFM)观测。利用分光光度计测量薄膜的光学透射率, 并且采用Forouhi-Bloomer模型与修正的德鲁德(Drude)自由电子模型相结合的方法拟合透射率来确定薄膜的折射率、消光系数和带隙。结果表明, 热蒸发的氧化钒薄膜呈非晶态, 薄膜的主要成分为五氧化二钒, 且含有少量的二氧化钒。薄膜表面的颗粒粘结在一起, 随着薄膜厚度的增加, 薄膜表面粗糙度以及颗粒尺寸变小, 膜层表面平整度越来越好, 颗粒之间的空隙变小, 导致折射率随膜厚的增加而增大, 消光系数减小。另外, 随着薄膜厚度从200 nm增加到450 nm, 光学带隙从2.67 eV减小到2.45 eV。

用化学气相淀积(CVD)的方法, 在6H-SiC衬底上同质外延生长SiC层, 继而外延生长了Si1-yCy合金薄膜, 用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼散射等方法对所得的样品进行了表征测量, 着重研究了生长得到的Si1-yCy合金的晶体结构。SEM结果显示6H-SiC外延层上生长的Si1-yCy合金薄膜表面平整, 晶粒大小均匀; XRD衍射谱仅显示单一的特征衍射峰(2θ约为28.5°), 表明得到的合金薄膜晶体取向单一, 其晶体类型为4H型; 粗略估算, 合金薄膜中C含量约为3.7%。拉曼谱显示：随生长气源中的C/Si比的增加, Si1-yCy合金薄膜中替位式C含量逐渐增大, 当C/Si比达到一定值时, 合金薄膜中有间隙式C出现, 造成晶体缺陷, Si1-yCy合金薄膜晶体质量下降。

为了对平磨表面粗糙度进行快速在线检测, 基于机器视觉原理提出了一种平磨表面粗糙度检测方法, 研究了平磨表面粗糙度评定参数。该方法利用CCD提取粗糙度Ra在0.1～1.6 μm之间的平磨表面图像, 运用中值滤波、图像边缘增强和图像二值化等对图像进行预处理, 然后通过特征参数提取平磨表面粗糙度信息。试验结果表明, 在入射光强为0.7×104～1.3×104 lux、入射角为30°～50°时, 均方根(RMS)差随Ra的减小而不断减小。当光源入射角在30°, Ra>0.3 μm的情况下, 陡峭度与Ra具有良好的相关性; 当光源入射角在50°, Ra>0.4 μm的情况下, 陡峭度与Ra具有良好的相关性。

利用光声压电(PAPE)技术测量研究材料的热扩散率, 开展了对钇铝石榴石(YAG)新型复合材料热扩散率的测量研究。介绍了基于简化热弹模型理论的光声压电法, 对利用简化热弹模型建立的光声压电理论进行推导, 根据简化的热弹模型, 建立了运用光声压电法检测材料热扩散率的实验系统; 运用光声压电法, 在不同的测试条件下, 对参考样品热扩散率进行检测, 完成了对实验系统的校准; 对YAG等新型复合材料的热扩散率开展测量研究。研究结果显示, 光声压电法是可以用来准确测量金属材料的热扩散率。在适当的实验条件下, 光声压电技术可以有效地测量新型复合材料的等效热扩散率。

SiN薄膜因为具有良好的减反射性质和钝化作用, 越来越广泛地应用于晶硅太阳电池的制造工艺中。用等离子体化学气相沉积(PECVD)法, 通过改变流量比、气体总量及基底温度等工艺参数沉积SiN薄膜, 研究了流量比对在多晶硅太阳电池上所沉积的氮化硅薄膜性能的影响。实践表明, NH3/SiH4气体流量比为11.5∶1时电池材料具有最佳的光电性能。

使用20 W/1.06 μm掺镱双包层光纤激光器作为抽运源, 抽运由300 m国产掺磷光纤和光纤光栅构成的级联拉曼谐振腔, 进行了高功率1.48 μm级联拉曼光纤激光器的实验研究。实验研究了不同反射率的输出光纤光栅对拉曼激光阈值和激光效率的影响。结果表明激光阈值随输出光纤光栅反射率的增加而减小。当使用25.7%的输出光纤光栅时, 激光器具有最大的转换效率, 在入腔抽运功率为12.1 W时, 获得了最大2.8 W/1.48 μm连续波激光输出, 相应的激光斜率效率和转换效率分别为31.3%和23.1%。通过监测1.48 μm激光的最大输出功率, 2 h内的功率波动小于5%。

基于等效介质理论, 描述了金属/介质多层薄膜周期结构的各向异性, 提出了分析这种结构光传输特性的理论方法, 研究了不同取向薄膜结构的光学性能。通过理论分析和基于有限元方法的全波电磁仿真后发现, 在不考虑损耗的情况下, 通过调整金属/介质多层薄膜周期结构中的材料参数、薄膜结构取向, 能使得垂直入射的TE波和TM波的透射效果有很大差异, 说明该结构具有光极化调控特性。根据这一光极化调控特性, 设计了由碳化硅和二氧化硅薄膜的组合结构, 成功构造了10.6 μm红外波段的光极化分离器。金属/介质多层薄膜结构光极化调控特性对于光学器件中极化分离和极化变换的实现提供了一条新的途径。

通过规范化的标准检测, 制备样品并获取样品的标准红外光谱, 分别得到了几种中国名茶的标准红外光谱图。为了更全面地了解这些茶叶的整体地域特征, 建立了红外光谱分析的平均偏离方法, 对光谱图进行了的直观分析, 而且还探讨了平均偏离大小与茶叶产地纬度的关系。研究表明, 产地纬度相近的茶叶, 平均偏离小; 产地纬度相差大的茶叶, 平均偏离大。因此茶区的海拔高度和纬度与茶叶的产地信息有着密切关系, 平均偏离有可能成为分析茶叶产地信息的强有力的方法。

搭建了一套激光击穿光谱(LIBS)实验系统, 采用Nd∶YAG脉冲激光器作为光源击穿烟气形成等离子体, 其发射光谱由中阶梯光栅光谱仪分光, 并由增强型电荷耦合器件（ICCD）进行光电探测。以煤燃烧产生的烟气和烟花爆竹燃烧产生的烟气等为对象, 获得了烟气多种重金属元素的激光击穿光谱。光谱图表明, 该技术能够同时检测烟气中的多种金属成分。以Pb元素为对象, 配置含Pb不同浓度的固体样品进行了定标实验, 结果表明, Pb谱线强度与其元素浓度成线性关系。

提出一种新的室内夜间微弱光源照明情况下的运动目标检测方法。首先进行背景建模, 获取稳固的背景图像, 之后对背景和当前帧图像进行图像增强处理, 提高其清晰度; 采用相对背景减法检测前景运动目标, 并对差分图像进行去噪和修补; 利用前景目标区域、阴影区域和背景区域像素亮度值存在差异的特点, 检测和去除背景差分图像中可能存在的阴影, 获得准确的运动目标。在室内夜间环境下采集视频进行试验, 结果验证了所提方法的有效性。

研究鸭蛋内部的可见光图像信息(H和I)的变化来表征鸭蛋新鲜度的变化。采用可见光图像分析技术获取鸭蛋蛋心颜色参数, 将哈夫单位作为新鲜度的验证指标, 建立了基于支持向量机(SVM)的蛋心内部色泽参数的鸭蛋新鲜度预测模型。模型表明：当SVM类型为epsilon-SVR, 核函数为RBF模型特征参数C=27、σ=23时所建立的模型预测效果最好。其中模型预测效果参数RMSEC=0.9520, EMSEP=0.4205。鸭蛋新鲜度预测值与测定值之间具有良好的线性关系, 且预测值对实际值具有较大的搜索覆盖能力。该模型较好的解决了用普通的线性方法识别鸭蛋新鲜度存在的稳定性较差和置信度较小的问题。通过比较SVM和神经网络的识别结果可以发现：SVM对鸭蛋蛋心颜色的识别性能优于神经网络的识别性能(SVM: 98.92%>ANN: 93.77%)。

提出了一种基于新型微电极且沉积过程可自动控制的局域电化学沉积技术, 实现了高纵横比的铜微结构的制备。将新型微电极作为阳极固定在微步进电机上, 铜片作为阴极固定在电解液池底, 电解液池中装有0.5 M/L硫酸铜配比0.38 M/L硫酸的电解液。用观察电阻值的方法调整好初始间隙后, 在两电极间加一偏压, 用控制程序控制微步进电机匀速运动, 使微电极与阴极之间的微小间隙基本保持不变, 沉积生长铜微柱。铜微柱的纵横比可达7.2∶1, 直径可小至120 μm。实验结果表明, 该技术设备简单、易操作, 可实现三维微结构高效率、低成本的制备, 进一步研究必将在微光机电系统（MOEMS）及其它微纳系统领域得到广泛应用。

为了实现鸡蛋新鲜度的无损检测和分级, 建立了利用计算机视觉检测鸡蛋内容物透射图像信息的装置, 通过图像处理, 获取了蛋壳表面颜色信息和表示鸡蛋新鲜的参数哈夫单位值(HU), 得到了利用计算机视觉预测鸡蛋新鲜度的有关的H, I, S, a, b, a*, b*, a-a*, b-b*共9个参数, 然后通过分析哈夫单位HU与9个参数之间的相关性, 并建立多元线性回归方程, 确立了与鸡蛋新鲜度密切相关的三个参数H, I, b。并以H, I, b作为输入变量, 创建了基于Matlab的结构为3-15-4的3层BP神经网络模型, 对鸡蛋的新鲜度进行分级, 模型具有较好的泛化功能和鲁棒性, 对各个等级鸡蛋的新鲜度分级准确率达90%, 对整体鸡蛋新鲜度分级的准确率达到93.3%。

太赫兹辐射是指频率范围在0.1×1012～10×1012 Hz之间的电磁辐射, 而生物分子的链、键振动频率大于1014 Hz, 故太赫兹光子难以引起生物分子的共振吸收效应。但按Frohlich的理论, 活的生物分子系统是具有高度相干性的系统, 其运动状态具有内部协同的集体振荡效应, 该集体振动模的频率为0.02×1012～2.0×1012 Hz。因此, 太赫兹光子是能够与活的生物分子系统发生相互作用的,并产生相应的共振吸收效应。在偶极近似条件下, 可通过太赫兹光子与生物分子振子相互作用的哈密顿量, 求解相应的薛定谔方程, 可解释太赫兹光子的荧光效应; 并讨论了太赫兹光子对生物细胞膜的作用效应机制。

研究了红外光谱在茶叶品质鉴别中的应用。利用傅里叶红外光谱仪测得了特级铁观音、特级龙井和生饼普洱三种典型茶叶的标准红外光谱图, 通过谱图的直观分析发现各种茶叶的红外吸收均可以分为几个大的区域, 并且茶叶的主体成份相似导致谱图具有一定的相似性, 因此直观上很难将各谱图区分。为了强调特征部分的比对, 更好地显示出不同种类茶叶之间的差异, 借助数学方法和计算机程序对这几种茶叶谱图的多波段阵列相关性进行了分析, 发现在指纹区内的1130～1570 cm-1波数范围中几种茶叶的相关系数比整体波数范围以及其他能有效表征茶叶成份特征的波数范围内小, 即所反映的此范围内的指纹信息更明显, 更容易判断结构特征的细微变化, 利用此波数范围可以对三种茶叶进行区分和判别。

利用射频磁控溅射方法在不同衬底上制备出掺Y2O3 8 %的YSZ薄膜, 用X射线衍射、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜和透射光谱测定薄膜的结构、表面特性和光学性能, 研究了退火对薄膜结构和光学性能的影响。结果表明：随着退火温度的升高, 薄膜结构依次从非晶到四方相再到四方和单斜混合相转变, AFM分析显示薄膜表面YSZ颗粒随退火温度升高逐渐增大, 表面粗糙度相应增大, 晶粒大小计算表明, 退火温度的提高有助于薄膜的结晶化, 退火温度从400 ℃到1100 ℃变化范围内晶粒大小从20.9 nm增大到42.8 nm; 同时根据ISO11254-1激光损伤测试标准对光学破坏阈值进行了测量, 发现与其他电子束方法制备的YSZ薄膜损伤阈值结果比较, 溅射法制备的薄膜损伤阈值有了一定程度的提高。

以60Co为辐射源, 通过地面辐射模拟实验, 对掺铒和铒镱共掺两种光纤放大器的性能变化进行了对比分析。实验结果表明, 在总剂量为40 krad的低剂量轨道辐射环境中, 信号光通过这两种光纤放大器后, 其中心波长及半宽都没有发生显著变化, 这为光纤放大器能够应用于空间光通信提供了保证; 在辐照过程中掺铒光纤放大器的增益下降3.91 dB, 而铒镱共掺光纤放大器的增益下降17.60 dB, 表明镱离子的存在使得铒镱共掺光纤放大器的抗辐射性能要明显弱于掺铒光纤放大器, 这也为不同发射功率下的空间光通信系统在选择合适类型的放大器时提供了一个有益的参考。

高功率激光器的高速率外调制技术是空间光通信发射系统中的关键技术。系统采用光纤耦合的激光器, 有效减少了传输媒质对激光功率的损耗。为了获得大功率、高速率的激光调制信号, 采用1 mm光输入口径的铌酸钽晶体电光调制器进行光强度调制, 电光调制器的调制带宽为1 GHz, 调制方式选用外调制方式。为了保证了调制器工作在线性区域, 同时降低对电光调制器的驱动电压的要求, 系统采用了自动偏置控制技术。通过加正弦波和方波信号进行调制实验, 系统实现了激光器调制速率300 Mb/s, 输出功率100 mW的指标要求。

电子辐射是空间辐射环境的重要组成部分, 也是地面模拟空间辐射环境的重要手段。为了研究半导体激光器在空间辐射环境下应用的可行性, 通过电子加速器的电子辐照模拟空间辐射环境, 以研究半导体激光器总剂量效应。实验结果表明, 半导体激光器的阈值电流随着辐照剂量的加大而增加, 斜率效率在106 rad之前随着辐射剂量的加大而略有增大。退火观测期间, 阈值电流在最初的两周内震荡变化, 总体趋势为增加, 直到两周后趋于稳定。对于接受辐射剂量较低的半导体激光器, 在实际使用中可以采用电流补偿的方法来消除辐射对其阈值及斜率产生的影响。

主要研究了基于光子晶体光纤的宽带分立式拉曼放大器的优化设计方法。简化了多波长抽运宽带光纤拉曼放大器的传输方程, 得到优化设计的模型及目标函数。对传统的优化算法进行了改进, 提出了一种新的遗传模拟退火算法, 该算法同时利用遗传算法和模拟退火算法的优点。设计了两个分立式光纤拉曼放大器, 一个采用双波长抽运, 另一个采用四波长抽运。仿真结果表明, 光子晶体光纤可以用来设计成为短长度、高效的分立式光纤拉曼放大器。

采用实验研究的方法, 对利用增益孔径改善小型激光二极管(LD)端面抽运被动调Q短腔激光器近场的方法进行了验证, 并研制了一台具有高稳定性、准高斯分布近场和光滑时间波形输出的小型非一体式LD端面抽运激光器。该激光器是实现小型化激光测距仪的关键单元, 采用新颖的二极管抽运的增益开关被动调Q短腔键合YAG设计, 由增益孔阑实现选模, 保证光束质量; 由短腔和Cr4+：YAG调Q保证单纵模运转和短脉宽输出; 由增益开关保证小的调Q抖动。激光器输出的近场质量证明了利用增益孔径可对此类激光器的近场进行有效的主动控制。

研究了两路光纤激光的相位锁定和相干输出, 用融锥光纤耦合器实现了两路高掺铒光纤激光之间的相互耦合。提出了在激光器高反射率前腔镜的前面加融锥光纤耦合器的方法构成简单的共振腔, 从而实现两路光纤激光的相干叠加。开展了基于融锥光纤耦合器互注入锁相的两路光纤激光器的相干合成实验, 成功实现了两路光纤激光器的注入锁定, 观察到了波长锁定（中心波长稳定在1549.8 nm, 线宽为0.08 nm）、远场干涉条纹和线宽压缩现象。分析了单个激光器和激光器阵列的斜率效率, 当反射率为70%, 抽运功率均为145 mW时, 获得最大合成功率为127 mW。

提出了一种基于1064 nm Nd∶YAG激光光源的三维微结构制备技术。利用激光照射下热塑材料发生局部热融并沿光轴方向膨胀生长的特性, 将热塑性材料置于封闭的液体环境中, 当激光光源移除后, 受周围液体冷却作用影响, 膨胀部分迅速凝固成凸起形状, 由此完成三维微结构制备。我们搭建了三维微结构制备实验系统, 采用1064 nm Nd:YAG激光器作为制备光源, 盛有样品的容器固定于二维扫描工作台上, 以实现激光光斑与热塑性材料间的二维相对移动。利用实验系统完成了石蜡点状及线状微结构的制备, 实验结果表明, 微结构的直径取决于激光光斑的直径, 微结构的高度与激光照射时间及激光功率大小成正比。此外对制备过程中温度因素的影响进行了实验研究。

在半导体激光器实现波长转换的理论模型中引入互耦合系数, 根据改进后的波长转换模型, 得出了波长转换的误码率特性与理论模型中的互耦合系数的关系, 并进行了数值模拟和实验验证。数值模拟结果表明, 互耦合系数的大小取决于信号光和探测光功率及其波长间隔, 互耦合系数越大, 波长变换的误码率越小。理论与实验结果表明, 只有在大的信号光功率、小的探测光功率和较小波长间隔情况下, 即当互耦合系数取值较大时, 波长转换的误码率才能达到最小, 信号光功率的减小及探测光功率的偏大均会增大系统的误码率。

利用低压金属有机化学气相沉积技术, 开展InP/GaAs异质外延实验。由450 ℃生长的低温GaAs层与超薄低温InP层组成双异变缓冲层, 并进一步在正常InP外延层中插入In1-xGaxP/InP(x=7.4%)应变层超晶格。在不同低温GaAs缓冲层厚度、应变层超晶格插入位置及应变层超晶格周期数等条件下, 详细比较了InP外延层(004)晶面的X射线衍射谱, 还尝试插入双应变层超晶格。实验中, 1.2 μm和2.5 μm厚InP外延层的ω扫描曲线半峰全宽仅370 arcsec和219 arcsec; 在2.5 μm厚InP层上生长了10周期In0.53Ga0.47As/InP 多量子阱, 室温PL谱峰值波长位于1625 nm, 半峰全宽为60 meV。实验结果表明, 该异质外延方案有可能成为实现InP-GaAs单片光电子集成的一种有效途径。

为研究众多因素对高功率固体激光装置输出功率平衡的影响, 利用已建立的功率平衡综合分析模型初步分析了正在建造的最大固体激光装置的功率平衡问题。介绍了模型的建立过程、功能特点和主要算法。数值模拟分析了使用单一Haan脉冲波形条件下系统偏差和随机偏差对装置输出功率平衡的综合影响。结果表明, 在补偿系统偏差后, 注入能量抖动3%, 放大器增益抖动15%和频率转换失谐角抖动2%的条件下, 使用单一Haan脉冲能满足总的功率平衡要求。最后根据数值计算结果对随机偏差指标进行了初步分解。

在不同激光重复频率下用脉冲激光沉积方法(PLD)在Si (111)衬底上生长了ZnO薄膜, 以325 nm He-Cd激光器为激发源获得了薄膜的荧光光谱以研究其发光特性, 用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了薄膜的晶体结构和表面形貌, 结果表明, 在激光重复频率为5 Hz时薄膜不仅具有良好的结晶质量, 同时也具有优异的紫外发光特性。对于相同的生长时间, 通过分析薄膜的厚度和激光脉冲频率的关系发现：每一个激光脉冲并不对应于薄膜的一个生长瞬间, 而是能够在较长的时间内维持薄膜生长的必要成分和分压。

从理论上分析了基于谱分割宽带非相干放大自发辐射(ASE)光源作为抽运信号产生受激布里渊散射(SBS)效应实现慢光延迟的特性。着重考虑了慢光效应对传输系统性能的影响, 对2.5 Gbit/s的非归零(NRZ)和归零(RZ)伪随机码进行了数值分析, 得到了延迟信号眼图、延迟量及Q因子在不同谱分割带宽和功率下的变化趋势。结果表明, 增大抽运功率和减小谱分割带宽有利于增加信号的延迟, 但延迟信号的扰动加大, 因而Q因子减小, 恰当选取抽运功率和谱分割带宽可以在保证延迟量的情况下提高Q因子, 有助于系统性能的优化。与传统实现宽带抽运脉冲方法相比, 使非相干ASE光源通过一个光纤布拉格光栅(FBG)滤波器, 可以很方便地得到吉赫兹带宽的抽运脉冲, 因而大大降低了系统的复杂度及成本, 且延迟量可以和传统方法相比拟。

基于半经典玻尔兹曼方程的方法研究了InGaAs/InAlAs 系统中电子在Rashba自旋轨道耦合相互作用(RSOI)和外磁场作用下二维电子气(2DEG)的磁光吸收谱以及选择定则。RSOI的存在使朗道能级相互混合并移动, 在高迁移率和强磁场条件下, 磁光吸收谱可以观察到来自相邻郎道能级和相同自旋间的两个主吸收峰。随着电子浓度、外磁场以及自旋轨道耦合强度的不同可以相应地调制吸收谱强度和峰位等。另外, 由于朗道能级的混合, 使磁光谱出现自旋反转的跃迁, 但由于不同自旋态的电子波函数的重叠很小, 此跃迁对磁光吸收谱的贡献很小。

对1550nm高功率窄线宽光纤放大器进行了实验研究。该放大器采用双级放大(MOPA)结构, 其中第一级预放采用5 m长的掺Er3+光纤, 将种子光信号放大到约90 mW; 采用15 m长的Er3+/Yb3+共掺双包层光纤放大器作为二级放大, 抽运源采用2支工作波长为980 nm的大功率激光二极管(LD), 抽运阈值功率约1.3 W。 当抽运功率为10.8 W时, 得到放大激光输出功率为1.97 W, 光-光转换效率为18 %, 斜率效率为21%, 增益大于13 dB。所采用的种子光源为1550 nm单频窄线宽(DFB)LD, 输出功率为10 mW; 采用延迟自外差方法对种子源及放大器输出的线宽进行测量, 测量结果显示该种子源及放大后的激光输出的3 dB线宽均约为220 kHz, 在目前的实验条件下, 没有观察到放大后的激光线宽展宽现象。

双钨酸盐晶体Nd∶NaGd(WO4)2(简称Nd∶NGW)和Nd∶NaLa(WO4)2(简称Nd∶NLW)是一类新出现的比较有前途的激光晶体, 它们属于四方晶系白钨矿结构。根据对称性分类,用商群理论分析了两种晶体的拉曼光谱。此类钨酸盐晶体一个原胞中理论上有36个振动模。使用半导体激光的785 nm波长和Ar +激光的514.5 nm激发, 测得激光光入射方向分别垂直和平行于光轴方向的偏振拉曼光谱(100～2000 cm-1), 并对测得的拉曼峰进行了指认。由于Nd3+离子进入晶体取代离子的半径不同,晶格对Nd3+跃迁影响大小不同, Nd∶NGW和Nd∶NLW的拉曼光谱也表现出了差异性。通过不同激发波长的拉曼谱的比较, 在中间波段发现并确认了几个共振拉曼峰。

从准三能级速率方程出发, 模拟分析了940 nm LD端面抽运Yb3+∶YAG输出1030 nm激光的性能。着重考虑了抽运光的吸收饱和以及Yb3+的自吸收损耗。结果表明, 由于输出波长在1030 nm附近的Yb3+∶YAG晶体存在严重的自吸收损耗, 入射功率必须足够强才能有激光输出, 因此激光器的阈值较高; 同时, 自吸收损耗与Yb3+离子浓度、晶体厚度有关, 存在最佳的晶体厚度和Yb3+离子浓度, 使激光器的输出功率最大。抽运光的吸收饱和使激光器运转时激光下能级的粒子数减小, 吸收系数下降, 激光器的输出功率较低。