基于表面增强拉曼光谱的成像分析方法具有频带窄, 水溶液背景弱, 稳定性好, 高特异性等优势已成为生物成像领域的优良选择。拉曼成像技术拓展了拉曼光谱的应用范围, 使其不再只是检测单点化学成分的手段, 而进一步用于对评价区域内化学物质成分、分布及变化进行整体统计和描述。本文探讨了表面增强拉曼散射的原理及增强机制, 介绍了基于表面增强拉曼光谱的拉曼成像技术, 并对其在无标记成像及带标记成像中的细胞成像、活体成像, 特别是其在生物医学方面的应用进行了详细论述, 最后讨论了表面增强拉曼光谱生物成像技术存在的问题, 展望了该项技术的研究和应用前景。

介绍了GiresTournois镜的基本结构，运用薄膜光学理论计算了GiresTournois镜的色散，分析了各个组成部分对GiresTournois镜性能的影响.结果表明：高反射膜堆的选择影响GiresTournois镜的反射率性能，高反射膜堆的周期数取值在20~30之间能得到较理想的GiresTournois镜设计性能；GiresTournois腔的厚度影响GiresTournois镜的色散性能，GiresTournois腔的光学厚度通常选择为四分之一中心波长的2或4倍，部分反射膜堆的结构影响GiresTournois镜的色散性能，部分反射膜堆的周期数应小于5.

用微扰法从理论上计算了外加交变电场的光折变晶体中屏蔽明孤子的自偏转特性，在 外加交变电场的有效电场方向与晶轴方向一致的情况下，晶体中形成屏蔽明孤子，其自偏转方向偏向晶轴反方向， 并且孤子中心的偏转轨迹为一抛物线，当传播距离为一定值时，其偏转距离与外加交变电场值的三次方、光强调制度分别成正比， 当孤子中心光强与暗辐射强度的比值为10时，光孤子的偏转距离最大。伴随自偏转的同时，光孤子中心的空间频率随着传播距离由低频向高频线性移动， 导致光孤子的横截面振幅分布发生了变化，偏转方向的曲线斜率变大，反方向的曲线变得平坦。

为了得到一种结构简单、便于制作的可应用于可见光波段的减反射膜，利用等效介质理论研究了表面具有矩形刻槽周期分布形式的介质膜的减反射特性，比较了4种不同基底材料的减反特性，选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为基底分析了一维单层矩形光栅结构的减反射膜的占空比、蚀刻深度、入射波长和入射角度对减反射特性的影响; 给出了可见光波段的减反射膜的结构设计参数。研究结果表明: 当入射角小于30°时，可见光中的短波段(0.4 μm～0.55 μm)反射率低于2%; 当入射角小于10°时，该减反射膜可以使0.4 μm～0.8 μm可见光的反射率低于2%。

飞秒激光脉冲的产生主要依赖于激光腔内净的负群延迟色散.但是在固体激光器中，增益介质和其它光学元件却引入了正色散，因此需引入相应的色散补偿机制.布儒斯特角棱镜对曾是激光腔中色散补偿的主要办法，但是它在进行群延迟色散补偿的同时还会引入高阶色散,使激光器操作困难并影响激光器的尺寸和重复频率.Gires-Tournois镜是一种新型的色散补偿元件，可以克服这些缺点.本文介绍了Gires-Tournois镜的基本结构，分析了影响Gires-Tournois镜的群延迟时间、群延迟色散和三阶色散的量，给出了Gires-Tournois镜的设计原则并根据Cr∶LiSAF飞秒激光器中的色散补偿要求设计了性能优良的Gires-Tournois镜.该Gires-Tournois镜在750~900 nm的波长范围内具有高于99.9%的反射率和-35±8fs2的群延迟色散.用这样的Gires-Tournois镜经过4次反射后可以补偿3mm的Cr∶LiSAF晶体的绝大部分群延迟色散.

根据钛宝石激光器的要求设计了性能优良的两种负色散镜(NDM1和NDM2)。NDM1同时引入啁啾效应和G-T效应产生大的群延迟色散量以减少光在负色散镜上的反射次数。NDM2仅引入G-T效应产生较小的群延迟色散以补偿腔内自相位调制带来的部分啁啾。选用离子束溅射法制备了这两种负色散镜。用分光光度计测试了它们的透射率。结果表明,所制备的负色散镜的性能与设计性能非常接近。使用这两种负色散镜进行掺钛蓝宝石激光谐振腔内色散补偿实现了飞秒脉冲锁模,获得了15 fs的超短脉冲。

阐述了用光学薄膜进行色散补偿的基本原理,介绍了设计的基本过程.根据Ti∶ Sapphire飞秒激光器中腔内色散补偿的要求,设定了色散补偿目标,通过计算机优化,得到了一种40层的Ta2O5/SiO2介质膜系.该膜系能在720～870 nm范围获得大于99.5%的反射率,在510～550 nm获得大于90%的透射率,在740～850 nm提供较平滑的-40 fs2的群延迟色散.这样的结果经过7次反射后,可以补偿5-mm Ti∶ sapphire晶体产生的绝大部分群延迟色散.

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器脉冲压缩的要求，介绍了负色散镜补偿色散的基本原理及其特点。详细阐述了优化Gires-Tournois(OG-T)镜的设计过程，并通过计算机优化得到理想设计膜系。采用离子束溅射的方法镀制了优化Gires-Tournois镜。测量了优化Gires-Tournois镜(编号为OGT#1)的透射率和群延迟色散，并与设计值进行了比较，分析了实测值产生偏差的原因，从而对镀膜参量进行了相应的调整，制造了第二批优化Gires-Tournois镜(编号为OGT#2)。将优化Gires-Tournois镜用于钛宝石激光器振荡级内，单程5次通过三个优化Gires-Tournois镜，补偿了激光器腔内色散，实现了飞秒锁模脉冲运转。用OGT#1先进行了实验，获得32 fs的脉冲和46 nm的光谱宽度。用调整参量后的OGT#2进行了实验，获得了15 fs的超短脉冲和91 nm的光谱宽度。实验很好的验证了负色散镜补偿色散的优点，为国内啁啾镜的研制创造了条件。

用电子束热蒸发方法镀制了Al₂O₃材料的单层膜,对它们在空气中进行了250～400℃的高温退火.对样品的透射率光谱曲线进行了测量,计算了样品的消光系数、折射率和截止波长.通过X射线衍射仪(XRD)测量分析了薄膜的微观结构,采用表面轮廓仪测量了样品的表面均方根粗糙度.结果发现随着退火温度的提高光学损耗下降,薄膜结构在退火温度为400℃时仍然为无定形态,样品的表面粗糙度随退火温度的升高而增加.引起光学损耗下降起主导作用的是吸收而不是散射，吸收损耗的下降主要是由于退火使材料吸收空气中的氧而进一步氧化,从而使薄膜材料的非化学计量比趋于正常.