为克服传统阵列波导光栅解调系统体积大、价格昂贵等问题，提出了以窄带光源为输入光源，采用边缘滤波和阵列波导光栅相结合的解调方案，实现对增敏封装后的光纤光栅温度传感器进行温度解调实验。以窄带光源作为输入，通过边缘滤波的方法使得温度传感器反射谱的中心波长偏移程度与解调光路输出光强的变化相对应，利用阵列波导光栅的波分复用实现多传感器同时测量，实现了多传感器多通道的分布式测量，实验结果表明：解调系统的波长解调范围为1 545.30 nm～1 560.50 nm，对35 ℃～42 ℃的温度范围进行检测，波长解调精度为±5.34 pm，温度测量误差可达±0.1 ℃。

设计了一种阵列波导光栅解调集成系统中的8通道Si纳米线阵列波导光栅波分复用器。根据材料的折射率设计了单模波导截面尺寸,利用光束传播法对所设计阵列波导光栅进行了模拟。结果表明,器件尺寸为200 μm×219 μm,远小于目前技术较成熟的硅基SiO2的尺寸,光功率分布符合高斯分布,信道间隔为1.8 nm,串扰小于-21 dB。对小尺寸AWG的设计具有参考意义。

片上集成光源是未来光电子系统中光源发展的主要趋势, LED光源作为片上集成光源的主要缺点是其出光效率低, 二维光子晶体是提高LED出光效率的有效手段。 本工作设计了C波段LED的基本结构及参数, 并采用时域有限差分法计算了不同阵列不同占空比的二维光子晶体能带结构, 利用禁带理论选取提高C波段LED出光效率的最优二维光子晶体结构参数, 结果表明三角排列空气孔二维光子晶体晶格常数a=500 nm且占空比Rp=0.44的光子晶体结构最优。

研究并实现了一种应用于智能服装中人体温度测量的阵列波导光栅解调系统。 分析了系统的解调原理, 搭建了光纤布拉格光栅解调实验平台, 采用了强度法解调出光纤光栅的布拉格波长, 完成了光纤光栅传感器串联前后解调的实验。 结果表明, 系统对光纤布拉格光栅的布拉格波长的解调具有高线性度, 波长测量精度可达0.001 nm, 光纤布拉格光栅传感器间串扰所造成的解调误差为0.000 5 nm, 人体温度的测量误差为±0.16 ℃。 该解调系统精度高、 串扰低, 可适用于智能服装中人体温度的测量。

设计了一种可用于阵列波导光栅(AWG)解调集成微系统的绝缘体上硅(SOI)基2×2多模干涉(MMI)耦合器，用光束传播法(BPM)对MMI耦合器进行了模拟。耦合器输入/输出波导采用倒锥形，多模干涉区尺寸为6 μm×57 μm。在TE偏振中心波长为1.55 μm时，器件附加损耗为0.46 dB，不均匀性为0.06 dB。在1.49~1.59 μm波长范围内耦合器的附加损耗小于1.55 dB。仿真结果表明所设计的2×2 MMI耦合器体积小、附加损耗低、波长响应范围宽、分光均匀，符合片上集成系统的要求。

无衍射光束球散射性质的研究目前一般采用贝塞尔光束，但是贝塞尔光束在物理上是不可实现的。贝塞尔高斯光束作为近似无衍射光束，是亥姆霍兹方程在傍轴条件下的解，并且可以用激光振荡器直接产生，但其光束宽是有限的。应用傅里叶变换,平面波谱展开和球面矢量波函数展开法，推导了非偏振贝塞尔高斯光束的球散射远场的无量纲散射函数。通过数值模拟，对非偏振的贝塞尔高斯光束与贝塞尔光束，高斯光束的球散射远场进行了比较，比较发现：当球散射体偏离光轴时，非偏振贝塞尔高斯光束跟贝塞尔光束散射远场的差异主要是散射强度的差异，但是散射极点所在的方向基本保持不变；贝塞尔高斯光束和贝塞尔光束的散射在光束圆锥角方向上比较显著,但高斯光束的前向散射比较显著。

在半导体生产过程中，半导体基片在生长制作时表面会存在一些细微突起的结构，这些突起的尺寸通常为微米量级，若突起的尺寸过高，在流水线上被打磨抛光时极易产生不合格的产品，从而影响生产效率。因此，需对平面上单一（或几个稀疏分布的）非球形粒子的高度进行实时在线测量。针对这一问题提出了一种测量微小粒子高度的方法：显微投影法。介绍了基于显微投影法的微小粒子高度测量系统，实现了约100 μm高度的单一不规则形状微小粒子的测量。

The scattering process of an unpolarized Bessel beam through spherical scatterers is investigated. We derive the analytical solutions of scattered fields of x- and y-polarized Bessel beams using a sphere, after which the dimensionless scattering function for an unpolarized Bessel beam is obtained. The dimensionless scattering function is applicable to spherical scatterers of any size on the beam axis or near it. Through numerical simulations, we demonstrate that extreme points exist in the direction or neighboring direction of the conical angle for spherical scatterers on the beam axis, whereas the existence of extreme points depends on the ratio between the spherical scatterers size and central spot size of the Bessel beam.

针对光束在大气中传播时，大气湍流引起的光强起伏等现象。为了探索寻求减弱或者消除湍流的影响的途径，本文采用数值模拟的方法，分析了湍流大气对(零阶)贝塞尔高斯光束轴上光强的影响。分析发现，在湍流环境中，贝塞尔高斯光束的轴上光强都随着传播距离的增加而减小，湍流越强，光束的轴上光强减小越快。贝塞尔高斯光束的径向波矢量越小，轴上光强的稳定性越好。贝塞尔高斯光束轴上光强的稳定性随着传播距离的增加而变坏。贝塞尔高斯光束跟同样束宽的高斯光束相比较，贝塞尔高斯光束的轴上光强受湍流的影响较大。

利用分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感器进行人体温度的检测, 研制了智能服装样衣, 重点从人体生理学基础理论、人体热平衡及空气热传递理论等方面研究智能服装在穿着过程中的热传递机理, 对热传递过程进行分析和研究, 从理论上建立起人体皮肤-空气-服装(传感器)三者之间的热传递数学模型, 为智能服装中分布式FBG传感器人体温度测量提供理论依据, 并提出了智能服装中Houdas改进模型用以确定分布式FBG传感器测量点, 最后阐述了智能服装用光纤植入服装的方法。在实验研究中, 智能服装样衣中分布式FBG传感器所测人体温度与温度场模拟数据对照差异无统计学意义, 据此可以得出分布式FBG传感器所测温度可以作为临床医学人体腋下温度使用。