采用固相反应法制备了高品质0.3BaSrTiO3-0.7NdAlO3微波介质陶瓷,并采用太赫兹时域光谱对该陶瓷在太赫兹波段内的吸收特性进行研究。结果显示,在18 ℃(291 K)下该陶瓷的吸收系数可由外部光泵进行调制,在0.55 THz时调制度可达到34.46%。通过拟合0.45 THz和0.55 THz处0.3BaSrTiO3-0.7NdAlO3陶瓷的介电常数与光功率之间的关系,可以得到这两个频率处的非简谐系数α分别为1.273×10 -8和1.823×10 -8。此外,吸收系数随外部光泵强度调制的微观机理是由激发的自由载流子引起0.3BaSrTiO3-0.7NdAlO3陶瓷的内部空间电荷场所致。

高功率平顶光束在激光加工领域具有广泛的应用。针对光束平顶化的问题, 提出利用大芯径多模光纤对高斯光束整形的方法。采用RP Fiber Power建立高斯光束传输模型, 仿真分析光纤内光束的传输及强度分布特性。研究结果表明, 多模光纤对高斯光束具有整形作用。高斯光束经多模光纤传输后, 传导模数量增加, 能量由中心向径向移动, 光束质量下降, 能量分布趋于均匀化。光纤的芯径越大, 传输长度越长, 匀化效果越明显。采用D型纤芯结构, 或凹面折射率分布光纤, 均可快速匀化光束。

针对生物特征的多模识别技术，设计了一款用于指纹及手指静脉图像复合采集的光学系统。用于采集指纹和手指静脉图像的光学镜头分别由3片和12片球面透镜构成，工作波长分别为650 nm和850 nm，成像器件分别采用640 pixel×480 pixel CCD和640 pixel×512 pixel非制冷红外探测器。使用Zemax软件对该系统的光学结构进行了设计和优化。像质评价结果表明: 指纹图像采集镜头在空间截止频率67 lp/mm处，调制传递函数MTF值大于0.6；手指静脉图像采集镜头在空间截止频率30 lp/mm处，调制传递函数MTF值大于0.8；两镜头各视场弥散斑均方根半径远小于成像器件像元尺寸，接近衍射极限，且成像畸变均小于0.5%。实验证明该系统采集到的图像质量优良，分辨率高。

针对薄膜滤光片倾斜入射时产生的偏振光中心波长分离现象和偏振相关损耗, 本文利用等效层理论设计了倾斜入射下中心波长消偏振的100 GHz信道间隔滤光片膜系结构, 实现了薄膜滤光片的角度和波长调谐。首先通过相位关系分析, 计算了滤光片间隔层的消偏振等效折射率, 实现了不同偏振光中心波长的对准。然后, 根据等效层理论, 设计三层对称膜层结构实现了对间隔层中心波长消偏振等效折射率的替换。与原有的五层规整低偏振薄膜滤光片相比, 本文提出的膜系结构更为简单, 对消偏振等效折射率的替换更为精确。仿真和实验结果表明: 该膜系结构的薄膜滤光片能实现0~20°倾斜入射的偏振光中心波长对准, 偏振光波长偏离度小于0.03 nm, 波长调谐范围能达到35 nm。

三端口可调谐滤波器是全光智能交换网络和密集波分复用系统中的核心器件.其反射端口的光谱特性,尤其是反射率和信道隔离度对于滤波器的性能至关重要.角度调谐滤光片因其良好的矩形度和温度稳定性被广泛应用于三端口可调谐滤波器的制备,其反射端口的光谱特性不仅与倾斜入射角度的大小有关,而且与其非平行端面间的楔角参量有关.文章详细分析了楔角参量对非平行角度调谐滤光片的反射率及半宽的影响,仿真计算了楔角参量在不同极性和大小条件下角度调谐滤光片的反射光谱特性,揭示了保持适当的楔角参量和方向性可以改善倾斜入射状态下滤光片的反射光谱特性.设计并制备了楔角为0.8°的楔形角度调谐滤光片,实验证明了当保持楔角方向与倾斜入射方向相同时会严重的劣化透反射光谱的半宽和隔离度,方向相反时则可以改善反射光谱的反射率和半宽指标.通过负楔角参量的引入使得角度调谐滤光片较之高平行度的同类器件具有更高的反射率和信道隔离度.

针对高分辨率 640×512元非制冷探测器，设计了一款 6×长波红外连续变焦光学系统。该系统由 6片透镜构成，工作波长为 8~12 μm，F数为 1~1.1。根据变焦光学系统设计理论，确定了系统的机械补偿式变焦结构并构建了初始结构; 对该系统的光学结构参数及凸轮变焦曲线进行了设计和优化。像质评价结果表明该系统在 20 ~120 mm焦距范围上实现了连续平滑变焦; 在 30 lp/mm空间频率处，全焦距范围调制传递函数值大于 0.45，接近衍射极限; 全焦距范围各视场弥散斑均方根半径小于 6.3 μm，远小于像元尺寸 17 μm。实验证明该系统具有高分辨率、高变倍比、大光圈、大视场范围的特点，且像面稳定，变焦平滑，结构紧凑合理，成本相对较低。

彩色锥形辐射是超短脉冲激光在非线性介质中传输时产生的一种特殊的非线性现象。实验研究了飞秒脉冲激光诱导偏硼酸钡(BBO)晶体产生的彩色锥形辐射现象，建立了彩色锥形辐射产生的物理模型，模拟了辐射角与波长的变化，分析了彩色锥形辐射的光谱特性。实验获得清晰的彩色锥形辐射图样，观测了抽运光入射角、光强度对彩色锥形辐射的影响。减小抽运光强与增大入射角，均导致锥形辐射外环产生明显的红移。实验现象与理论模拟相吻合，进一步表明彩色锥形辐射源于二次谐波的自发参量转换。

角度调谐薄膜滤光片因较大的波长调谐特性和良好的矩形度在密集波分复用系统中得到了广泛的应用。 在倾斜入射时薄膜滤光片透射光谱的透射率和半宽不仅受到入射角度的影响, 还跟滤光片两端面间的非平行度即楔角的大小有关。 详细分析了楔角对对滤光片透射率以及半宽的影响, 发现适当的楔角和角度取向能够改善倾斜入射状态下滤光片的透射光谱特性。 设计制备了楔角为0.8°的楔形薄膜角度调谐滤光片, 实验结果证明保持该楔角的方向与倾斜入射角度相同时会严重的劣化透射光谱的透射率和矩形度, 方向相反时则可以提高光谱的透射率以及矩形度, 并使器件的波长调谐范围增大约10 nm。

根据薄膜窄带滤光片在斜入射时的偏振特性, 提出了基于遗传算法的斜入射薄膜窄带滤光片膜系优化设计方法.根据开发的程序, 设计并制备了一组可用于18°倾斜入射的0.8纳米信道间隔的五腔薄膜窄带滤光片.该滤光片能有效地抑制斜入射时偏振光中心波长的分离现象, 降低器件的偏振相关损耗, 通过角度调谐能实现选择波长的改变.通过与针法设计的滤光片膜系相比, 遗传算法得到的膜系具有更高的矩形度、更大的波长调谐范围以及更低的偏振相关损耗.实验结果表明其满足设计要求并有超过25纳米的波长调谐范围.

基于多光束干涉原理，推导了非平行角度调谐薄膜滤光片在斜入射时的高斯光束反射光强表达式。在此基础上研究了高斯光束的入射角以及非平行滤光片两端面间所存在楔角对反射光强分布的影响。计算和实验结果都表明，滤光片的反射光强分布不仅与入射角有关，而且非平行滤光片两端面间楔角的大小和正负特性还会在一定程度上影响斜入射时滤光片的光场分布、反射率和隔离度。要保证滤光片在斜入射时反射率和隔离度的稳定，既可以在切片时提高滤光片的平行度，也可以通过在斜入射时保证楔角为负来实现。