利用光纤准直器的特殊分布, 设计出了一种新型的离轴双向传输旋转结构。该光纤旋转连接器具有两个可绕一共轴相互独立旋转的部件, 在一个旋转部件上离旋转轴等距处安装四个光纤准直器, 在另一个旋转部件上安装两个光纤准直器, 两部件上的光纤准直器在旋转过程中始终保持光耦合, 从而实现了光信号能在旋转过程中不间断的双向传输。通过分析从光纤准直器出射的光斑功率分布和系统旋转的损耗值, 在进一步提升机械性能和光耦合效率的基础上, 实现了高质量的图像和视频信号传输。实验结果表明, 在旋转部件间距小于500mm和转速小于120r/min的条件下, 系统满足1.25Gbit/s的高速率光信号的稳定传输。

为了提高紫外成像器件的填充因子,解决凝视型高性能紫外成像器件的核心技术问题,根据标量衍射理论设计了用于128×128日盲型紫外成像器件的微透镜阵列,其工作中心波长为350 nm,单元透镜F数为3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备衍射微透镜阵列,对具体的工艺流程和制备误差进行了分析,测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明:衍射微透镜阵列的衍射效率为86%,与理论值95%有偏差,制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列的整体性能满足了微透镜阵列与紫外成像阵列的单片集成要求。

为了提高紫外焦平面阵列的填充因子，可以通过微透镜阵列与紫外焦平面阵列的集成，以改善紫外焦平面阵列的探测性能。根据标量衍射理论设计了用于日盲型紫外焦平面阵列的128×128衍射微透镜阵列，其工作中心波长为350nm，单元透镜F数为F/3.56。采用组合多层镀膜与剥离的工艺方法制备了128×128衍射微透镜阵列，对具体的工艺流程和制备误差进行了分析，测量了衍射微透镜阵列的光学性能。实验结果表明：衍射微透镜阵列的衍射效率为88%，与理论值95%有偏差，制备误差主要来自对准误差和线宽误差。紫外衍射微透镜阵列具有均匀的焦斑分布，与紫外焦平面阵列单片集成能较好地改善器件的整体性能。

为了提高光纤和光器件之间的耦合效率，设计了由热扩芯光纤和自聚焦透镜构成的新型热扩芯光纤准直器。理论上分析了热扩芯光纤准直器的基本结构参数与光学特性的关系以及由3种失配导致的耦合插入损耗。研究发现，热扩芯光纤准直器的耦合特性与自聚焦透镜的参数有关，热扩芯光纤准直器在轴向间距和角度偏差上的耦合失配容限明显优于普通光纤准直器，横向位移损耗则高于普通光纤准直器。采用模场半径为15.4 μm的热扩芯光纤与自聚焦常数为0.295 mm-1的自聚焦透镜制备了热扩芯光纤准直器，并对热扩芯光纤准直器因3种失配导致的耦合插入损耗进行了理论和实验比较，结果表明实验数据与理论吻合较好，说明所设计的热扩芯光纤准直器可用于长距离光耦合和旋转连接器件。

An optimized dual fiber Bragg grating (FBG) is proposed for 980-nm semiconductor lasers without thermoelectric coolers to restrict temperature-induced wavelength shift. The mathematical model of the temperature-induced wavelength shift of the laser with the dual FBG is built using the external cavity feedback rate equations. The external cavity parameters are optimized for achieving the stability mode-locking laser output. The spectral characteristics of the dual FBG stabilized laser are measured to range from 0 to 70 oC. The side mode suppression ratio (SMSR) is more than 45 dB, while the full-width at half-maximum (FWHM) is less than 1 nm. The peak wavelength shift is less than 0.1 nm. The dual FBG wavelength shift proportional coefficient is between 0.1086 and 0.4342.

采用室温溅射沉积和空气热氧化方法低成本地制备出纳米结构热致变色节能薄膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光拉曼光谱仪和红外光谱分析仪等对其特性进行测试分析，研究了热氧化退火与VO2薄膜的微结构和热致红外开关特性的内在关系，找出了直接影响薄膜的晶粒尺寸、晶格结构、组分、热滞回线和红外透射比等的主要因素及其控制方法，获得了最佳工艺参数并在玻璃上制备出高能效的纳米VO2热致变色节能薄膜。根据X射线衍射谱和拉曼光谱结果，利用相关公式计算得到VO2的平均晶粒大小约为45 nm。薄膜在2.5 μm波长处相变前后红外透射比差量超过50%，相变温度为39 ℃，可见光透射比约达53%，显示了很好的热致变色性能。

提出了优化由两个均匀布拉格光纤光栅组成的980 nm半导体激光器波长锁定器的方法以满足光纤放大器对半导体激光器的性能要求。运用耦合模理论推导了双布拉格光纤光栅(FBG)的透射率和反射率的解析表达式和波长锁定器增益方程。研究了两光栅之间的距离、光栅到激光器前端面的距离、光栅折射率、光栅折射率周期、光栅栅长和温度对激光器增益曲线的影响，并通过优化这些参数来达到最佳的锁模性能。测量了带双FBG波长锁定器的非致冷半导体激光器的输出光谱和出纤功率。实验结果表明：高功率非致冷980 nm半导体激光器在0～70 ℃时的波长漂移为0.5 nm，边模抑制比达45 dB以上，半峰值全宽度＜1 nm。经优化设计的980 nm半导体激光器FBG波长锁定器可满足光纤放大器对非致冷半导体激光器大功率、长寿命、高可靠性、小尺寸等性能的要求。

针对二氧化钒纳米点阵从半导体到金属的可逆相变，考虑到点阵中各个点之间散射光的交互作用，基于VO2在不同温度和波长下的折射率和消光系数，以及小颗粒的吸收和散射特性，建立了VO2纳米颗粒的数学模型，研究了VO2纳米颗粒的相变光学特性.结果表明，随着波长变化，吸收截面相对散射截面占主导，金属相在980 nm附近出现吸收峰值；随着温度变化，可见光区域的消光系数变化较小，而红外区域较大，其中在近红外区域的消光系数变化最大.在纳米点阵中，消光截面随着颗粒间距变化，当颗粒间距增大时，消光峰值出现红移，且峰值大小也会随之增大；当间距超过一定数值后，峰值反而会逐渐减小.采用多孔氧化铝掩模的方法，通过磁控反应溅射制备VO2纳米点阵，测试结果表明其透过率比薄膜的透过率高.

基于二氧化钒在约68 ℃出现的半导体到金属的可逆相变,伴随有电学和光学特性的改变。因为相变机制的复杂性,很难从理论上推导出相变前后光学常数随波长和温度变化的解析表达式。研究了二氧化钒薄膜的折射率和消光系数的色散规律,借助于Sellmeier色散模型通过数值拟合,得出了二氧化钒变温的光学常数色散表达式。通过薄膜矩阵理论计算,获得了在不同温度和波长条件下的薄膜光学透射率和反射率。采用磁控溅射方法分别在玻璃、蓝宝石和二氧化硅衬底上制备了不同厚度的二氧化钒薄膜,测量了这些薄膜的光学透射率和反射率,结果表明,实验曲线与计算模拟曲线符合得很好。

报导了射频磁控溅射与沉积气氛掺氢相结合制备单层(13～20nm厚)高质量GaAs多晶态纳米薄膜的方法，研究了氢钝化对薄膜微观结构及光学性质的影响．对GaAs薄膜进行了X射线衍射、原子力显微镜、吸收光谱、光致荧光谱的研究分析．结果表明，衬底温度500℃的掺氢薄膜和520℃的薄膜呈面心立方闪锌矿结构，薄膜的晶团尺寸较大，微观表面较为粗糙，其吸收光谱出现了吸收边蓝移和明显的激子峰，带隙光致荧光峰强明显增加，说明氢在衬底温度500℃～520℃下对薄膜有重要的钝化作用．