研究了被激波调制的光子晶体对入射光产生的频率转换效应。建立了弹性激波调制一维光子晶体的物理模型;提出了准静态带隙结构的概念,并采用FDTD和平面波展开法计算了其光子带隙;通过数值计算和微扰分析,发现该频率转换是一个量化累积过程,并对该频率转换效应及其量化累积现象提出一种基于光子-声子相互作用和表面衰减模的解释,同时,分析了该频率转换效应的特性。

移相干涉术易受环境振动的干扰,获得的波前相位的干涉图信息不完整,无法准确给出光学元件表面的频谱分布信息.中值滤波技术是一种既能去除噪声,又能较好保护图像边缘细节的非线性技术,通过改进中值滤波技术对波前相位数据做了复原处理,比较了数据复原前后的波前功率谱密度,结果表明采用这种图像复原方法可以有效地表达光学元件表面的频谱信息.

针对SU-8光刻胶应用于三维光子晶体的制作研究,本文提出并实现了对SU-8光刻胶的重要成分SU-8环氧树脂采用柱层析和高压液相色谱-尺寸排阻色谱法进行分离,分离结果表明SU-8环氧树脂分子量分布范围很大,从大约100～100000,包括SU-1、SU-2、SU-4、SU-6、SU-8多种组分及其混合物.采用分离后的SU-8和SU-6纯组分配制了性能优化的SU-8光刻胶,并总结了其最佳光刻工艺,结合干涉光刻技术制作了晶格常数为922nm的三维面心立方光子晶体结构.

在采用波前功率谱密度评价大口径光学元件时，由于测得的原始数据受到测量系统引入的各种噪音和外界干扰的作用，会使检测准确度下降．对比引入带通滤波技术，对原始数据的有效滤波，减小带外的噪音分量和频谱混叠现象的影响．分别设计了无限脉冲响应带通滤波器和有限脉冲响应带通滤波器，通过模拟分析比较了两者的性能，得出在波前波前功率谱密度用于评价大口径光学元件的面形质量时，采用有限脉冲响应滤波器可以得到更高的测量准确度．

光学元件加工质量的检测和评价工作是保证整个光学系统安全、正常运行的关键.在总结非球面常用检验指标优、缺点的基础上,讨论了测量大口径非球面的波前功率谱密度时的系统组成、工作原理和软件设计的总体思路.为了减少系统误差的影响,求解波前功率谱密度时,通过引入系统传递函数校正测量值来实现.使用大口径相位干涉仪作为波前检测仪器,证实波前功率谱密度能定量给出波前畸变的空间频率分布,并用于作为大口径光学元件质量的评价标准.给出一个测试口径为64mm(64mm光学元件测试结果,有效频率为0.03mm-1～3.87mm-1,rms为0.0064λ.

提出了用于研究微机械往复无阀泵动态特性的二自由度振动力学模型,并进行了分析与实验验证.在模型中增加考虑泵腔内气泡因素,并将泵腔内、外液体质量的影响分开考虑;得出振幅随频率、泵腔内外液体质量比变化的曲线;发现其幅频曲线一般呈双峰特性,泵腔内外液体质量比值对曲线特征、谐振频率、振幅均有显著影响.通过实验验证了分析结果.由此得出以提高泵压为目的的微泵优化设计策略:适当增大膜片质量、选择合理的泵腔内外液体质量比值.采用硅深刻蚀、硅-玻璃膜片键合等工艺制作出微机械往复无阀泵,其尺寸为20 mm×20 mm×0.65 mm,实现最大泵压为1.52 kPa,对应最大流量为35×10-6 L/min.

用光刻和反应离子刻蚀的方法对硅材料光子晶体板的制作进行了研究.实验发现,与激光直写曝光相比,光刻曝光更有利于胶上图形的陡直度.扫描电子显微镜测试表明,反应离子刻蚀后得到深3.3μm,晶格周期10.95μm,占空比50%的孔状光子晶体板结构,孔的陡直度保持较好,基本满足设计要求.

原子光刻是原子光学在微细加工技术领域的新应用.在对各种材料和真空泵性能综合考虑的基础上,设计并建立了一台用于原子光刻的超高真空蒸发设备.主要设计参数为:极限真空度和工作真空度分别为2.0×10-6 Pa 和1.0×10-5 Pa,原子源温度在300～1850℃范围内连续可调.初步运行结果表明极限真空度优于设计参数,温度连续可调.

研究了晶格结构、填充比、介电常数比三个主要因素对二维空气圆柱型光子晶体完全禁带的影响.利用Bandsolve软件分别优化计算得到不同晶格结构、不同介电常数比的最大完全禁带,以及对应结构参数之间的关系.对于相同介电常数比,六边形晶格可获得较宽的完全禁带;而对于相同晶格结构,介电常数比越大,完全禁带宽度越大.

用激光驻波构成的原子透镜对原子束实现nm量级的聚焦,由于原子束的速度扩散、束扩散和原子的波动特性等因素的影响,原子透镜存在像差.建立了两种描述原子透镜的理论模型,用半经典模型分析原子透镜的球差、色差及由原子束的发散角引起的像差,用量子模型分析原子透镜的衍射像差.模拟结果表明原子束的发散角是产生像差的主要因素,衍射像差大于球差和色差.提出了优化实验参数、增加束掩模和利用刻蚀技术三种改善原子光刻实验的方法.