可动态调谐的集成光学器件在成像、显示等领域拥有良好的应用前景。提出一种新颖的基于可拉伸衬底的动态调谐氧化钛-聚合物微纳结构滤波器, 该结构表面可利用电子束蒸发沉积与剥离技术制作,使用时域有限差分法(FDTD)模拟优化结构参数,分析了滤波效果及其物理规律。分析结果表明: 通过拉伸衬底, 所设计的滤波器结构能够在可见光波段上实现全波段滤波, 并且具有超高反射率, 反射率大部分处于95%以上, 最高可达99.1%。这为利用沉积剥离技术制备动态调谐滤波器阵列的实验提供了理论支持。相较于静态调谐的滤波器一旦定型即结构无法更改的缺点, 提出的动态调谐结构在器件定型后依然可以进行实时调控。

慢光在未来全光网络通信中具有重要作用。文章提出一种基于零对比度光栅共振诱导透明效应的可实现平面外慢光滤波的设计，该设计兼具优良的透射滤波功能和慢光效应。分析了刻蚀深度和光栅周期对慢光滤波性能的影响，指出刻蚀深度影响波导层对共振诱导模式的束缚，刻蚀深度的改变将显著降低零对比度光栅的慢光滤波性能；而光栅周期主要影响入射光与波导模的相位匹配，选取不同光栅周期可在C波段实现对不同慢光滤波通道的选择。此外，研究了斜入射条件的模式劈裂效应，指出由于斜入射条件下非简并共振波导模的激发，±1级劈裂模式被激发，其虽然导致峰值透射的降低，但可以显著提高透射慢光的群折射率。该研究为慢光器件的设计提供了一种新的解决方案。

提出了一种窄刻槽亚波长金属波导光栅透射滤波器的设计, 其工作原理是利用窄光栅刻槽取得低透射背景, 再利用导模共振与表面等离子激元共振的混合产生峰值透射, 进而实现良好的窄带透射滤波效应。研究发现, 利用多模共振与表面等离子激元共振的混合模式, 通过增加波导厚度即可实现性能良好的双通道透射滤波, 在波长1 412和1 653 nm处, 峰值透射率分别为72.1%和63.6%。进一步分析表明, 由于长波处磁场能量较多地局域在金属光栅层, 峰值位置和峰值透射率受光栅深度变化影响显著; 而短波处磁场能量较多地局域在波导层中, 因此短波处峰值漂移对波导层厚度变化更为敏感。

运用有效媒质、薄膜干涉及耦合波理论，结合数值寻优算法，采用不同形式的等效折射率来描述一维亚波长光栅的光谱特性。借助光谱误差函数及耦合波折射率，分别针对TE和TM模，对其他等效折射率在描述亚波长光栅时的有效性加以分析比对。研究结果表明：在光栅结构参数已确定的情况下，当归一化光栅周期Λ/λ<0.30时，TE模的二级近似折射率和精确近似折射率能够对其光谱特性给出高精度的描述；而对于TM模，由于光栅层中高级次谐波影响效应的显著性，导致用相应等效折射率描述其光谱特性时精度下降。此外，在采用不同形式的等效折射率计算亚波长光栅光谱特性随光栅深度变化关系时，除TE模情形的二级近似折射率以及精确近似折射率外，其他情形采用等效折射率计算得到的光谱均可能与实际光谱产生较大偏差。

本文研究了单层膜多模导模共振滤光片的电场增强效应。单层膜导模共振滤光片同时兼具波导和相位匹配功能的物理机制得到了论证。当光栅厚度不断增加将出现多模共振效应, 导致高阶泄漏模电场增强效应的产生。电场增强振幅的最大值反映导模共振滤光片的泄漏程度。通常在同一共振位置处电场增强振幅的最大值越大, 其带宽就越小。

从光孤子传输所满足的非线性薛定谔方程出发,通过对方程中参数的分析和选择,对影响孤子传输的各种因素采用单独分析和综合分析对比方法得到了两个新的结论:(1)二阶色散参数在不太大的范围内变化只会影响脉冲的幅值,对脉冲形状影响不大,而输入脉冲的啁啾则是使脉冲发生畸变的主要原因;(2)在啁啾、三阶色散和五阶非线性同时存在的情况下,它们对脉冲都会产生很大的影响,且存在相互影响和制约关系,三者在某一参数值附近,对脉冲却存在着增益效应和“整容”作用。针对分析结果从理论上提出了改进光孤子传输特性的解决方案,这对光孤子通信的实践过程是有一定实际意义的。

从光孤子传输所满足的非线性薛定谔方程出发，采用单独分析和综合分析对比,分析了影响高斯脉冲传输的色散、非线性等因素,结果表明：二阶色散参量只会影响脉冲的幅值，对脉冲形状影响不大，而输入脉冲的啁啾则是使脉冲发生形变的主要原因；在啁啾、三阶色散和五阶非线性的共同作用下，它们对脉冲都会产生较大的影响，且存在相互影响和制约作用，在某一临界值，对脉冲存在着较高的压缩增益效应和“整形”作用.从理论上提出了改善高斯光脉冲在光纤中传输特性的解决方案，这对光纤孤子通信的实践过程具有一定的理论借鉴意义.

本文从麦克斯韦方程组及电磁场边界条件出发,推导了广泛应用于各类光栅衍射问题的矢量分析方法——严格的耦合波分析方法。针对光栅的衍射特性,编写了基于严格的耦合波分析方法的计算程序,并以TE 模情形为例对光栅的衍射效率和收敛性作了数值计算。结果表明,当谐波数不断增加,即便对于厚光栅(d/λ>10)情形,光栅的衍射效率仍将收敛于某一确定值。

A non-destructive technique for subsurface measurements is proposed by combining light scattering method with laser confocal scanning tomography. The depth and distribution of subsurface defect layers are represented in term of scattered light intensity pattern, and three types of fused silica specimens are fabricated by different grinding and polishing processes to verify the validity and effectiveness. By using the direct measurement method with such technique, micron-scale cracks and scratches can be easily distinguished, and the instructional subsurface defect depths of 55, 15, and 4 \mu m are given in real time allowing for an in-process observation and detection.

采用耦合波理论分析了X射线在多层膜Laue透镜中的传播, 选择Cu的Kα线作X射线光源, 计算了多层膜Laue透镜的衍射效率.材料为WSi2/Si, 最外层宽度为10 nm, 深度为8 500 nm的多层膜Laue透镜, 倾斜情况下外层区域局部光栅的衍射效率可达59%, 理论上证明了多层膜Laue透镜是实现X射线聚焦的有效手段.