对磷酸二氢钾(KDP)晶体中Na取代K点缺陷的几何结构及电子结构进行了第一性研究.计算的形成能约为0.46 eV,因此在KDP晶体中此类缺陷比较容易形成.Na取代K以后没有在带隙中形成缺陷态,但在价带中引入两个占据态.它们分别位于费米面以下49 eV和21.5 eV处,这两个占据态分别由Na原子的s和p轨道形成.相对于K来说,由于它们位于价带深处,具有很低的能量,因此Na在KDP中比K稳定.Na在KDP晶体中与周围氧原子的重叠布居仅为0.09, 故它不与主体原子发生共价作用,仅以静电库仑力影响周围原子,此缺陷周围晶格仅发生微小畸变.

用基于密度泛函理论及超软赝势的第一性原理研究了KH2PO4(KDP)晶体中K空位的电子结构、形成能及驰豫构型.讨论了K空位形成后电荷密度的重新分布、相应的电子态密度和能带结构等性质.计算得到中性K空位的形成能为6.5 eV, 远小于间隙K原子点缺陷形成能13.07 eV.K空位的存在使晶胞体积增大, 分别沿结晶学轴a方向增大近0.8%,b方向增大近0.87%,c方向增大近1.2%,同时使与之配位的8个氧原子发生较大位移,使这8个氧形成的空腔体积增大近3.2%.空腔体积的增大不仅促进了各种点缺陷的扩散迁移,而且有利于其它杂质原子的填隙.K原子迁移率的增大会引起离子电导率的增大,因而会降低KDP的激光损伤阈值,因此从这个方面讲,K空位的存在是不利的.但是如果能从实验上(如热退火)利用K空位所造成的扩散通道排出或改善缺陷结构,则可提高KDP晶体的光学质量.

用第一性原理研究了KH₂PO₄(KDP)晶体中性本征点缺陷的形成能并计算了常温下点缺陷的浓度.计算得到中性填隙氢原子的形成能为2.05 eV,进而得到298 K下的浓度约为1.21×10^-17 mol/L.由于填隙氢原子在带隙中形成缺陷能级,并使能隙降低了2.6 eV, 因此消除填隙氢原子有利于提高晶体在355 nm附近的激光损伤阈值.计算得到的氧间隙、氧空位、钾空位和氢空位的形成能分别为0.60、5.25、6.50 和6.58 eV,常温下它们在晶体中也以较高的浓度存在.钾空位使晶胞体积增大约3.2%,并可能提高晶体电导率,从而降低光损伤阈值.P取代K的反位结构缺陷形成能尽管较低(4.1 eV), 但由于晶体生长溶液中P是以PO₄四面体的形式存在,故此点缺陷的存在几率很小.

研究了几类可能出现在KDP晶体的生长溶液中的有机物杂质和无机阴离子杂质基团对KDP晶体散射、透过率、光损伤阈值等光学质量的影响,结果表明,不同种类的杂质的影响并不相同,造成这一结果的根本原因在于杂质离子的结构及其与晶体表面原子成键能力的不同.

研究了磷酸二氢钾(KDP)晶体热退火前后光学均匀性的变化,发现适当温度下退火可以降低KDP晶体的内应力,提高晶体的消光比,从而提高晶体的光学均匀性.实验证明,50℃下退火即可消除部分内应力,110℃下退火可以消除生长鬼影和鬼线.但是,退火温度太高(如170℃),也可能使晶体的均匀性降低.

探讨了不同pH值对KDP晶体散射颗粒的影响.结果表明, 不同pH值生长条件下生长的KDP晶体中散射颗粒的尺寸、密度呈现明显差异,pH值为5.5条件下KDP晶体中散射颗粒尺寸明显变大,分布稀疏;pH值为2.0时,散射颗粒密度高,尺寸小.其原因在于形成散射的杂质颗粒的存在形式不同.

根据N×N多模干涉耦合器的基本原理,确定了多模干涉耦合器的结构参数。通过分析多模干涉耦合器的输入光场与其映像间的相位关系,提出了模传输矩阵的分析方法,并用此方法分析了N×N普通干涉多模干涉耦合器、N×N相移器以及N×N普通干涉多模干涉马赫-曾德尔光开关,得到了它们的模场传输方程,分析了光开关在光场从任一输入端输入,从任一输出端输出时开关的驱动条件。用上面的方法分析了4×4光开关的结构及驱动条件。

用有效折射率方法对SOI(绝缘体上硅)及GeSi/Si脊形光波导的单模条件进行了模拟,与Soref的单模条件进行了比较,将两者与实验结果进行了比较,得到了与实验结果符合得非常好的单模条件。同时对多模波导进行了模拟,得到了波导承载一阶和二阶模的条件。

采用有效折射率方法计算了SOI弯曲波导由于辐射损耗引起模式截止的最小弯曲半径,得到了一个估算弯曲波导的最小弯曲半径的解析表达式.