现有的微球谐振腔大多利用微纳光纤锥的倏逝波场为微球提供泵浦能量，这是因为其具有较高的模式耦合效率，但在实际应用中这种耦合方法欠缺一定的灵活性，且需要配备精密的耦合装置。本文探究了使用未拉锥的截断光纤从不接触微球的自由空间直接向微球导入泵浦光的可行性。在典型的Nd3+掺杂碲酸盐玻璃微球/光纤锥耦合系统的基础上，用一根连接泵浦光源的截断光纤从自由空间直接照射微球的中心或边缘部位，可测出微球/光纤锥耦合系统的激光输出功率相对于原耦合系统明显提升；在关闭连接光纤锥的泵浦源而仅使用自由空间泵浦源的条件下，仍可获得明显的单纵模激光现象。本文利用时域有限差分法和几何光束追迹法的仿真模型还原了上述自由空间耦合法的全过程。仿真与实验结果表明，这种自由空间耦合法有潜力成为常规光纤锥耦合法的一种辅助泵浦方法，为需要更高泵浦功率或更多泵浦波长选择的实验场合提供解决方案。

针对市场上现有红外广角镜头大多采用定焦结构且缺乏无热化设计的现状, 根据光学变焦系统的设计原理, 设计了一种有效焦距范围为10~24 mm(变倍比为2.4:1)、视场角变化范围为34°~90°、工作波段为8~12 μm、F/#为2.8的无热化连续变焦广角镜头。考虑到红外镜头多用在温度变化较大的使用环境中, 系统设计选用了硫系玻璃NBU-IR2(Ge20Sb15Se65)以及常规红外材料锗(Ge)和硫化锌(ZnS)制备的六片镜片, 通过合理分配各个镜片的光焦度及其空气间隔等参数, 在连续变焦设计的基础上实现了无热化的光学设计效果。实验结果显示, 系统在-40~60 ℃的温度范围内均可实现品质良好的红外热成像效果, 调制传递函数全视场范围内均大于0.25。系统结构较为紧凑简单、质量较轻, 仅在一片硫系玻璃镜片上设计了一处非球面, 可有效控制光学系统的加工成本。整体设计适用于车载夜视等应用领域。

为准确快速获得块体硫系玻璃红外波段的折射率，搭建了基于类准直测量法的折射率测量系统。该系统采用液氮制冷的碲镉汞探测器和特殊的光路实现了光强信息的高分辨采集，使用高分辨数据采集卡将角度信息数字化，利用精密步进电机传动控制系统实现了光强信号与位置信号的同步记录。开发的测量软件可自动判别光强峰位信息，自动计算获得待测样品的折射率。对比测试Ge20Sb15Se65、Ge28Sb12Se60、As2S3和As2Se3商用硫系玻璃在3.39 μm和4.8 μm处的折射率。实验结果表明，该装置系统测量折射率的标准偏差为10-3，测量不确定度为0.002 9，可快速、准确测量块体材料红外波段的折射率。

设计了一种工作波段为8~12 μm、有效焦距为5 mm、F数为2、视场角为110°的无热化长波红外广角镜头.根据红外无热化光学设计的基本原理, 用了常规红外材料硫化锌、硒化锌和硫系玻璃材料制备的六片镜片, 通过合理地分配各个镜片的光焦度以及相互间空气间隔等参量, 在全视场角为110°的范围内实现接近衍射极限的成像效果.为了更好地控制系统像差, 设计利用了硫系玻璃易于精密模压制备非球面的优点, 在两片硫系玻璃镜片上设计了3处非球面.设计结果显示: 系统在-40℃~60℃的温度范围内均可实现品质良好的红外成像, 光学调制函数全视场内均大于0.4, 同时在110°视场角时畸变控制在5%以下; 实现了在较大视场角条件下控制红外广角镜头的畸变以及系统无热化等设计要求.该系统体积紧凑、质量较轻, 整体设计符合民用红外车载镜头的使用要求.

大口径硫系玻璃在**及民用高分辨率红外夜视成像领域有着重要的应用价值。现阶段缺少针对大口径硫系玻璃内部缺陷(包括条纹、杂质和裂纹等)进行量化评价的检测技术, 因此硫系玻璃的品质控制成为了限制其大范围发展的瓶颈之一。针对课题组大口径硫系玻璃的透射光谱特性以及现有的近红外照相机的光谱响应特性, 提出了一种工作在近红外波段的大口径硫系玻璃内部缺陷检测技术并设计成像镜头, 镜头包含了使用K9、F6玻璃的三片双胶合透镜, 有效焦距为200 mm, 在近红外波段0.95~1.05 μm实现消色差, 成像质量接近衍射极限。根据镜头特点搭建了大口径硫系玻璃内部缺陷测试装置, 实验验证了镜头的分辨率与设计要求相符, 并可针对大口径硫系玻璃的各种内部缺陷进行有效检测。

硫系玻璃具有优良的中红外光学透过性能、极高的线性和非线性折射率。近年来，硫系玻璃光纤中较高的受激拉曼效应在全光器件和级联激光器等方面的应用引起了研究者极大的关注。回顾了硫系玻璃拉曼光纤激光器的研究历程，包括对硫系级联拉曼光纤激光器、硫系微纳光纤拉曼光纤激光器和硫系拉曼光纤激光器的理论研究，指出了现有研究存在的问题，并对其发展前景进行了展望。

针对324×256非制冷探测器，设计了一个工作波段为8~12 μm，有效焦距为9 mm，F数为1.3，视场角为33.26°×26.28°的红外车载镜头。镜头采用了硫系玻璃材料Ge28Sb12Se60制备的两片镜片，结合常规红外材料锗以及硫化锌材料制备其他两片镜片，通过合理分配各个镜片的光焦度达到系统整体无热化设计的效果。利用硫系玻璃易于精密模压制备非球面的特点，仅在一片硫系玻璃镜片上设计了一处非球面。设计结果表明该系统在-40~60 ℃的温度范围内具有良好的消色差/热差性能，且调制传递函数(MTF)接近衍射极限。

针对红外双波段量子阱探测器, 设计了一个可同时工作在 4.4～5.4.m(中波段红外)和 7.8～ 8.8.m(长波段红外)波段的仅含 3片透镜的紧凑型双波段无热化光学系统, 有效焦距为 30 mm, f/#为 2.1。对比先前报道的双波段无热化红外光学系统, 此设计仅采用硫系玻璃材料 Ge20Sb15Se65制备的两片镜片和常规红外材料 ZnS制备的一片镜片, 通过合理分配各个镜片的光焦度达到系统在中波红外及长波红外两个波段的无热化设计效果, 且不含衍射面, 整体结构紧凑, 制备难度低。利用硫系玻璃易于精密模压制备非光学球面的特点, 仅在一片硫系玻璃镜片上设计一处非球面。设计结果显示, 系统在两个红外波段, -40 ℃～60 ℃温度范围内像质良好, 且光学调制函数(MTF)接近衍射极限。

为了对硫系玻璃微球谐振腔在中短红外波段的光学回廊模式进行理论研究和实验表征, 用熔融淬冷法制备了组分为Ge28Sb12Se60的无砷环保型硫系玻璃, 并在此基础上采用漂浮粉末熔融法批量制备出直径分布为50～200 μm的微球谐振腔.在显微镜下挑选出直径分别为112.01 μm和57.63 μm的一大一小两颗微球与自制石英微纳光纤锥进行近场耦合实验, 以窄带宽可调谐激光器为泵浦源测试此耦合系统在1 530~1 560 nm波段的光谱.光谱中明显观测到由微球回廊模式谐振引起的等间距分布的光谱吸收峰.小球、大球的吸收峰间距分别为5.22 nm和2.60 nm, 与米氏散射理论计算得出的一阶TE回廊模谐振峰间距基本相符.实验结果表明新型Ge28Sb12Se60硫系玻璃有望在红外微球光子器件如窄带滤波器、微球喇曼激光器、高灵敏度传感器等领域获得重要应用.

通过平面波展开法(PWE)计算硫系光子晶体带隙并采用时域有限差分法(FDTD)模拟硫系60°弯曲光子晶体波导的传输特性,在波导弯曲部分线缺陷处添加小空气孔缺陷，提高了其带宽和透光性。在60°弯曲区域线缺陷外边缘处引入2个对称空气孔，通过改变其半径来改善波导传输效率。模拟结果表明，当引入半径为0.54R 的空气孔时，传输带宽由初始的60 nm 提高到161 nm，但此时透射率波动性较大。在此基础上在弯曲线缺陷中心处又引入若干个空气孔，当引入3个半径为0.48R 的空气孔时，此种结构不但提高了波导的传输效率，并且使传输带宽增加到340 nm。将单个60°弯曲波导优化结构应用于连续60°弯曲波导中，研究结果表明连续弯曲波导的传输效率得到显著提高。