强飞秒激光在空气中传输时，其传输距离会远远超越衍射极限，产生高强度光丝和低密度等离子体，并伴随超连续白光的辐射，这为远距离遥感探测大气污染物提供了一种有效的技术途径。面向天基遥感应用，概述了强飞秒激光长距离传输的研究进展，包括光丝传输的基本研究方法、产生长距离光丝的方法、调控光丝特性的手段以及飞秒激光光丝超长距离的传输，并对光丝在大气遥感应用中的优越特性和需要解决的基础科学问题进行了总结。

用数值模拟的方法研究了不同透镜聚焦和不同输入脉冲能量对环形高斯光束在大气中传输的影响。结果显示,在初始能量固定时,光丝的特性及其超连续波谱强烈依赖于凸透镜的焦距f和锥透镜引入的空间啁啾系数C。透镜聚焦能力减弱(f增大和C减小),成丝起点延后,光丝变长且不稳定,但更有利于波谱在短波方向上的展宽。由锥透镜聚焦所产生的超连续波谱会更加的光滑,在传播方向的作用区域也更长。频率变化最大值(Δωmax)的峰值更有利于光谱展宽,但与最大展宽位置并不完全对应。此外,固定透镜焦距f和空间啁啾系数C,适当的初始脉冲能量对获得宽而光滑的超连续谱也起着关键作用。

本文利用一个具有隧穿耦合效应的四能级结构模型来描述超冷铯原子制备超冷铯分子的过程,理论分析了受激拉曼绝热通道过程中的两激光脉冲参数对铯原子-分子转换效率的影响。结果表明,在原子-分子暗态条件下,通过双色光缔合利用双光子共振条件的最优化处理方法可以使转换效率提高到90％以上,并给出了两激光脉冲参数的最优化区间。另外,通过分析原子态和束缚分子基态上粒子数布居的动力学演化,给出了光场的最优化条件,只有适当的匹配两激光场的有效Rabi频率、延迟系数和脉冲宽度时,才能高效地实现超冷铯原子-分子的相干布居转换。

对二甲苯(PX)是化工领域一种非常重要的原料, 被广泛地用于香料、 医药、 油墨和农药等的生产, 因此研究PX分子的电子光谱和外场效应, 对于它的检测和降解具有十分重要的意义。 为研究外电场作用下, PX分子的紫外-可见(UV-Vis)光谱的变化, 采用密度泛函理论(density functional theory, DFT)B3LYP方法在6-311++G(d, p)基组水平上, 优化了不同外电场(0～0.025 a.u., 0～1.285 6×1010 V·m-1)作用下PX分子的基态几何构型, 在此基础上利用含时密度泛函理论(TDDFT)计算了PX分子的UV-Vis吸收光谱, 最后对PX分子紫外吸收峰和摩尔吸收系数受外电场作用的的影响规律进行了研究。 结果表明: 有波长为189 nm、 摩尔吸收系数为35 580 L·mol-1·cm-1的强吸收峰, 处于E1带, 它是环状共轭的三个乙烯键的苯型体系中的π→π*电子跃迁产生的; 与苯分子相比, 吸收峰出现11 nm的红移: 由于两个甲基和苯环形成p-π共轭, 苯环的大π键变弱, 故PX分子的紫外吸收峰出现红移; 当增加了外电场后, 最低未占据轨道(LUMO)向外电场的反方向偏移, 导致苯环上的电子密度减小, 大π键变弱, π→π*跃迁需要的能量降低, 电子跃迁产生的波长增大, 吸收峰出现显著红移, 当外电场增大到0.020 a.u.时, 红移已经非常明显; 外电场的引入, 导致苯环上的电子密度减小, 大π键变弱, π→π*跃迁的电子数减少, 摩尔吸收系数降低, 随着外电场的增强, 摩尔吸收系数降低明显, 尤其在外电场增强到0.020a.u.后, 摩尔吸收系数降低非常显著。 这些工作为PX的检测和降解方法研究提供了一定的理论依据, 也对其他有机污染物的检测方法和降解机理的研究有启示作用。

基于三维光子晶体空间完全带隙的特性, 本文在实验上构建了一种由非共面的两个波导和一个立体微腔组成的四端口通道下载滤波器。讨论了球体、正方体、长方体微腔滤波器的选频特性, 以及连续旋转长方体微腔时, 其输出频率的变化。研究结果表明, 无论是对称型还是非对称型微腔, 都可以较好地实现选频。提高微腔的不对称性, 共振输出频率随之发生移动, 说明改变微腔的对称性, 可以有效调节滤波器的选频特性。连续旋转非对称型长方体微腔, 输出频率会随之发生明显的移动,如果引入有效调节机制, 可以产生连续调节输出频率的效果。该研究结果给多端口选择性输出空间滤波器的设计提供了新的思路, 为光学器件集成化的设计提供了重要的理论参考。

超辐射发光二极管（SLD）光源作为光纤电流互感器光路中唯一的有源器件, 其长期运行稳定性直接影响着互感器的性能。文章主要从SLD出光功率衰减对光纤电流互感器输出固定偏置、变比和相位的影响机理进行理论推导, 结果表明在非理想数字闭环情况下, 随着光功率的衰减, 互感器输出固定偏置增大; 同时光功率的衰减会导致电流互感器的信噪比降低, 进而导致互感器输出的比值误差和相位误差增大。并对理论结果进行了实验验证, 实验结果符合理论分析, 其中光功率衰减对互感器相位误差的影响最大。

磁敏感性是光纤陀螺(FOG)的主要误差源之一，而光纤环是主要的敏感源。在外界磁场作用下，光纤陀螺中会产生一个非互易相位差，影响陀螺的精度。相关实验表明保偏(PM)光纤环中轴向磁敏感性比径向磁敏感性更显著。主要从三个方面研究了轴向磁场对光纤陀螺的影响机理，包括轴向磁场平行分量引起的光纤随机扭转法拉第磁场漂移、光纤几何扭转引起的法拉第非互易相位差以及轴向磁场垂直分量引起的非法拉第非互易相位差。对理论结果进行了仿真分析和实验验证，结果表明：由垂直分量磁场引起的非互易相位差是光纤陀螺轴向磁敏感性的主要原因，其大小与光纤环骨架半径密切相关；骨架半径越小的光纤环，轴向磁敏感性越强。

采用时域有限差分方法模拟、分析了woodpile结构中对称型和非对称型立体微腔构建的空间选频器传输特性。该结构在非共面的两波导之间引入对称型和非对称型的立体微腔,提高了器件集成度和空间利用率。模拟结果表明:文中所选类型的微腔,都可以很好的实现选频特性。对同一个非对称性微腔,输出频率会随着微腔的旋转而发生明显的改变。如果引入有效调节机制,可以达到连续调节输出频率的效果。该研究结果为光子晶体光学集成器件的集成化设计提供了新思路和重要的理论指导。

近几年来，人们对可调谐光子晶体的兴趣日益增长，并且实际光子器件的应用推动着动态调谐方法的进一步发展。本文主要从光子带隙晶体的调谐机制、调谐途径、所用材料等方面，综述了可调谐光子晶体的研究进展。系统介绍了利用外部应力、电场、磁场、温度等激励，控制晶体结构参数的变化，实现光子带隙的改变；还介绍了通过控制介电材料来改变光子带隙，主要介绍了液晶材料、电光材料等几种常用的材料。比较了不同调谐方法的特点。最后分析了光子晶体带隙调谐的进一步研究方向。

研究了V型三能级原子BEC与双模压缩光场相互作用系统中，忽略原子间相互作用和考虑原子间相互作用时光场的正交压缩和光子数压缩。结果表明，光场的正交压缩依赖于压缩参数，而光子数压缩与压缩参数、光场信号强度有关，在一定条件下，两种压缩可同时存在。原子间相互作用影响两种压缩的涨落随时间变化的周期，以及正交分量涨落随时间变化的幅度，而对光子数压缩涨落随时间变化的幅度几乎无影响。