针对飞秒光脉冲全光纤化传输的需求, 研究了空心Bragg光纤单基模传输的特性。进而设计了一款空心Bragg光纤, 用于中心波长在1.550μm的飞秒脉冲单基模传输。为了解决空心Bragg光纤在工作窗口色散过大的问题, 通过合理的引入缺陷层调节空心Bragg光纤单基模传输的色散特性, 使其在工作窗口低色散或零色散传输。仿真结果表明, 空心Bragg光纤在1.45μm至1.65μm的带宽范围内都可以维持单基模、低色散或零色散传输, 完全满足脉宽为100飞秒的光脉冲全光纤化传输的需求。

基于受激布里渊散射(SBS)和可调谐多波长光纤激光器, 设计了一款基于新型多抽头的复系数微波光子滤波器。该滤波器由SBS效应引入一个相移量实现复系数, 通过调节SBS的泵浦光功率控制相移量的大小, 进而实现滤波器的中心频率连续可调谐。实验研究了基于高掺杂铒纤的可调谐多波长光纤激光器, 得到了波长间隔为0.338 nm的多达16个激光信号的稳定输出。以实验数据为抽头光源, 仿真研究了SBS增益介质长度、抽头光源的数目和波长间隔对该款微波光子滤波器性能的影响。

针对空心单模Bragg光纤在1.55μm附近表现出非常大的正色散, 研究了包层缺陷层对空心单模Bragg光纤色散的调节作用。利用光学软件FDTD Solutions对缺陷层空心单模Bragg光纤的模式耦合特性进行分析;对比分析普通空心单模Bragg光纤和缺陷层空心单模Bragg光纤的色散曲线;讨论了包层缺陷层结构参数对空心单模Bragg光纤的色散调节作用。

针对超强能量密度的飞秒脉冲很难在传统光纤中传输的情况, 设计了一款用于高功率飞秒脉冲传输的空心单模Bragg光纤。首先基于一维光子晶体的光子禁带特性选择了制作空心Bragg光纤的材料, 接着利用光学软件FDTD Solutions分析了光纤各结构参数对光纤模式的影响, 并对传输特性进行了分析。随后, 通过在光纤包层中引入缺陷层的方法对其进行了进一步的优化, 有效调控了该款光纤的色散曲线分布。经全带宽扫描可知, 该款空心Bragg光纤单模传输的带宽达100 nm, 完全满足了100 fs光脉冲的传输要求。

针对负系数微波光子滤波器很难用正系数的光学抽头来实现, 提出了一款基于色散器件级联的可调谐、窄带宽、负系数微波光子滤波器。利用整形后的多波长光纤激光器的输出信号作为滤波器的抽头光源, 将单模光纤与F-P光纤环级联作为延迟单元, 实现滤波器的频率选择性。利用相位调制器和级联的色散器件共同作用, 实现负系数的微波光子滤波器。实验得到了波长间隔为0.34 nm的多达37个激光信号的稳定输出, 进而基于此实验结果仿真研究了F-P光纤环中C2、C3的耦合系数r、不同长度的可调谐光纤延迟线(TODL)和延迟单元中不同长度的单模光纤等参数对微波光子滤波器性能的影响。

为了在理想的光频范围内扩展硅太阳能电池的低反射特性，设计了一种由球型微纳米颗粒周期排列构成的光学微结构。利用球型微纳米颗粒结构表面良好的抗反射特性，扩展硅基太阳能电池的超低反射特性。首先采用Mie散射理论研究了单个球型硅颗粒的散射特性；进而使用MEEP仿真软件通过控制变量法分析了多个颗粒构成的周期性二维光学微结构的光反射特性，分析了球型微纳米颗粒的周期数、半径、间距对反射率的影响。结果表明：合理选择球形颗粒的半径、间距以及周期数构成合适的周期性二维光学微结构，可以在理想的光频范围内获得超低反射特性。

氧化亚氮（N2O）的过量排放会对臭氧层造成破坏, 合理施肥和采取减排措施对减缓温室效应具有重要的现实意义。 本文利用FTIR光谱法研究了施肥和水分对白菜地土壤排放N2O的影响。 为了提高系统的灵敏度, 我们利用多个反射镜加长了光程。 通过比对施肥前后N2O红外光谱和NIST谱库N2O红外光谱, 最终选取2 160～2 225 cm-1作为定量计算N2O的特征波段。 研究发现, 施肥和水分能促进白菜地土壤N2O气体排放, 这为农田N2O的减排和减缓温室效应提供了理论依据。 最后, 还研究了施肥后土壤N2O的昼夜排放规律, 结果表明, N2O白天的排放量高于晚上, 通过和前人研究结果对比, 验证了此方法的可行性。 本文研究证实, 基于长光程的FTIR光谱法是一种测量土壤排放N2O气体规律的快速有效方法, 它可以对施肥后的白菜地土壤N2O气体排放进行测量, 相对其他传统测量方法具有高速、 简便等优势。

为了在理想的光频范围内扩展硅太阳能电池的低反射特性，设计了一种由方柱形粒子周期排列构成的光学微结构，根据等效介质理论分析了方柱形粒子高度、占空比对反射率的影响。利用所得结论合理选择方柱形粒子的尺寸，使用MEEP仿真软件建立了结构模型并进行了仿真。结果表明：该光学微结构在理想的光频范围内具有超低反射特性。

Bragg光纤是一种具有全向反射光子带隙的新型微结构光纤。分析了无限包层Bragg光纤中的模式,在此基础上对有限包层Bragg光纤中传输的模式进行了分类。通过对比研究无限包层Bragg光纤中的模式,把有限包层Bragg光纤的模式分为准导模、PML模和泄漏模,并对上述模式的特性进行了简要分析。

研究了一种“光子晶体多层膜+波导层+光子晶体多层膜”对称薄膜的波导特性，光子晶体多层膜的第一禁带频率范围为73～99 THz。 采用多层介质平板波导理论研究了频率在73～99 THz间的电磁波在波导中的传输特性。结果表明波导传输的是TE0 和TM0 基模， 对于高次模式，不能在波导中传输，另外，频率在73～99 THz间的电磁波在波导层(中心层)的功率约束因子(Γ)在0.99～1之间， 即此时电磁波几乎完全局限在波导层内传输，为了比较，处在光子带隙外的频率分别为40 THz和50 THz的电磁波在波导层内的功率约束因子 分别为0.84和0.86，因此，利用光子带隙特征，由光子晶体多层膜构造的对称薄膜波导具有超低损耗特性。