For the nonlinearity distortion problem of Mach-Zehnder modulator (MZM) applied in the on-board microwave photonics system, the situation for two input radio frequency (RF) signals with different frequencies and phases is discussed, and an exact analytical solution is derived with the method of expanding Bessel series and Graf addition theory. According to the analytical expression, the nonlinearity characteristics of the modulator can be precisely predicted, and the system performance can be optimized. The correctness of the analytical solution is approved by simulation results. Analytical results indicate that the nonlinearity distortion is suppressed as the decrease of modulation index, the increase of direct current bias phase shift and phase difference between two input RF signals. When the phase difference equals zero or π and the direct current bias phase shift is π/2, there are only odd-order distortion terms. When the phase difference equals zero or π and the direct current bias phase shift is π, there are only even-order distortion terms.

A novel fiber laser spectral beam combining scheme based on a concave grating is presented. The principle of the presented system is analyzed, and a concave grating with blazed structure for spectral beam combining is designed. The combining potential of the system is analyzed, and the results show that 39 Yb-doped fiber laser can be spectrally beam combined via the designed system. By using scalar diffraction theory, the combining effect of the system is analyzed. The results show that the diffraction efficiency of the designed concave grating is higher than 72% over the whole gain bandwidth, and the combining efficiency is 73.4%. With output power of 1 kW for individual fiber laser, combined power of 28.6 kW can be achieved.

为了获得更精确的光栅衍射效率, 采用严格耦合波理论建立体布喇格光栅衍射机理模型, 分析了运用严格耦合波理论实现体光栅的衍射效率计算, 并利用正交Legendre多项式展开法求解耦合波方程,取得了体布喇格光栅衍射效率稳定的数值解, 得到的仿真结果符合理论计算。结果表明，相对于矩阵法，该算法具有更好的收敛速率，且比Kogelnik耦合波理论解法更精确。

针对基于微透镜阵的光纤激光外腔谱组束系统的光束质量评价问题，利用高斯光束的传输变换理论，建立了评价谱组束激光光束质量的理论模型。通过数值模拟，详细分析了各相关参数对谱组束光束质量的影响，结果表明：在基于微透镜阵的谱组束系统中，离焦量、微透镜焦距及模场半径是影响谱组束激光光束质量的主要因素；阵列宽度对谱组束激光光束质量影响较小，阵列宽度由 0增大至 10 mm过程中，x方向和 y方向的光束质量因子分别保持在 1.225和 1附近，与传统谱组束系统相比，组束激光的光束质量得到明显改善；为了保证 x方向的光束质量因子小于 1.3，必须把离焦量控制在 -0.017~0.017 mm范围内，对于采用大模面积双包层光纤的组束系统，可通过适当增大微透镜阵焦距的办法改善组束激光光束质量。

光热折变玻璃在紫外波段具有较好的光敏特性，并且在近红外和可见光波段具有很高的透射率,用它制作的体布喇格光栅能够承受高能激光辐照，因而特别适合应用于高功率激光技术中。综述了基于体布喇格光栅的光纤激光谱组束技术最新研究进展；阐述了体布喇格光栅的基本理论，分别介绍了基于单体光栅、级联体光栅和3维层叠复合体光栅的谱组束、共腔谱组束以及混合组束5种组束方案的组束原理和研究进展，最后对各组束方案中存在的问题进行了讨论。

目前基于重叠体光栅的相干组束系统还没有完整的理论模型和参数分析,针对这个问题,本文采用耦合波理论,建立了比较完整的基于重叠体光栅的双光束组束模型,给出了各光束在重叠体光栅内传播的解析解。模型表明,基于重叠体光栅的双光束组束系统其输出光强受两入射光的振幅和位相、体光栅间的相移和折射率调制振幅、光栅厚度、失谐量等多个光学参数的影响。通过数值计算,详细分析了各光学参数对组束结果的影响。最后总结了设计高效重叠体光栅相干组束系统时必须遵循的条件,如必须对光栅厚度进行优化、各光栅的折射率调制振幅必须相同、保证失谐量足够小等。

基于耦合波理论,提出了一种推导反射体布拉格光栅衍射效率方程的新方法。在被推导的衍射效率方程基础上,获得了平面单色和高斯光束反射体布拉格光栅衍射的详细理论模型,分析了平面单色、发散单色和多色光束的衍射效率。结果表明:平面单色波的角和谱选择性随光栅厚度和空间频率而变化,角选择性的范围从低于0.01mrad到超过100mrad,谱选择性的范围从低于0.1nm到超过100nm;当光束的角发散或谱宽等于光栅的角选择或谱选择性时,光栅能提供超过88%的衍射效率;当光束的角发散或谱宽远小于光栅的角选择或谱选择性时,光栅衍射效率下降不明显,不到平面单色波的1%。

针对传统光栅干涉仪中测量范围和分辨率难以同时提高的问题,提出利用单根大长度、低线数光栅实现大量程、高分辨率位移测量的方法。首先利用长度400mm,栅距10μm计量光栅的±5级衍射光生成条纹图,实现了条纹的10倍光学细分。然后提出一种基于傅里叶变换时移特性的条纹细分新方法,利用相邻两帧条纹图同一位置处相位的变化实现了高达1000倍的条纹电子细分。在此过程中,针对能量泄漏对傅里叶变换法相位提取精度的影响,提出条纹图整周期裁剪的方法,使条纹细分精度至少可达到1/1000条纹周期。仿真和实验结果表明,系统具有纳米级的分辨率和优于10nm的测量精度。