分别以1 083 nm和1 550 nm波段的窄线宽连续光源为泵浦光和信号光, 搭建基于掺MgO周期铌酸锂晶体(MgO∶PPLN)准相位匹配原理的差频非线性效应产生中红外激光实验系统.根据系统温度和信号光波长调谐特性进行实验研究.在泵浦光波长固定条件下改变信号光波长, 实现了窄线宽宽调谐中红外连续闲频激光输出, 波长覆盖范围为3 547.6~3 629.1 nm.当波长为1 082.8 nm的泵浦光和波长为1 549.7 nm的信号光功率分别放大到2.8 W和3.5 W时, 对波长为3 597.0 nm的中红外闲频光输出进行长时间功率扫描监测, 得到最大功率为3.2 mW, 功率抖动引起不稳定度小于±1.6%的高稳定的中红外窄线宽激光输出.该研究结果可为设计和研制多波长窄线宽中红外光源提供参考.

雾是影响自由空间光通信性能的不可避免的天气因素, 选择合适的激光波长可以有效的降低其影响。文中针对薄雾、雾、霾三种大气能见度, 在不同传播距离条件下, 计算分析了均处于大气吸收窗口的中红外波长3.8 ?滋m和近红外波长1.55 ?滋m的传输特性。利用Monte Carlo方法对大量光子沿水平方向的传播特性进行数值模拟, 俄罗斯轮盘赌法判定光子是否“湮灭”。计算不同接收面半径和相对光强的关系, 不同大气能见度和不同传输距离下光子的透过率。结果表明3.8 ?滋m波长相对于1.55 ?滋m波长, 在同样的接收面半径下光强更集中, 同样的传播距离下光子透过率更高, 更不易受大气能见度的影响, 所以3.8 ?滋m波长比1.55 ?滋m更适合在雾中进行水平链路的自由空间光通信。

实验验证了一种结构简单的10 Gbit/s非归零信号(NRZ)通过高非线性光子晶体光纤（PCF）的四波混频（FWM）效应实现了单抽运偏振不敏感和宽范围可调谐全光波长转换。利用50 m光子晶体光纤较高的双折射效应，固定抽运光的偏振态与高非线性光子晶体光纤的双折射轴成45°夹角入射，信号光与抽运光在光子晶体光纤中进行四波混频时，其变换效率对信号光偏振态的随机变化不敏感，闲频光输出功率几乎保持不变。实验结果表明，所搭建的全光波长变换器在28 nm变换范围内，闲频光偏振敏感度低于1 dB，随着10 Gbit/s的信号光偏振态的变化，波长变换效率优于-13 dB的偏振不敏感全光波长变换器，闲频光信号Q因子大于7。

为了解决基于太赫兹光解复用器-交叉相位调制效应全光异或门的三个问题, 即严格的同步要求；不能应用于输入信号为非归零码信号的情况；异或处理速率受半导体光放大器载流子速率限制.提出了一种应用于输入为开关调制信号, 利用太赫兹光解复用器结构, 基于半导体光放大器四波混频效应的全光异或门方案.该方案由于基于四波混频效应, 因此能从根本上解决基于太赫兹光解复用器-交叉相位调制效应全光异或门方案所存在的三个问题.通过理论分析介绍了该方案的原理, 并通过仿真分别实现了该方案对输入为40 Gbps, 归零码信号；80 Gbps, 归零码信号；10 Gbps, 非归零码信号的异或操作.三种输入信号对应的异或输出Q因子与误码率分别为11.7, 2.4×10-18；8, 1.1×10-10；22, 1.3×10-40.分析了太赫兹光解复用器主要组成元件参数, 以及温度起伏与色散效应对异或们输出信号质量的影响.理论分析与仿真共同验证了该方案对于解决基于太赫兹光解复用器-交叉相位调制效应全光异或门三种问题的可行性与有效性.

由于目前的全光加密方案基于光学非线性效应，因此仅适用于单波长光信号的加密操作.为了解决全光加密方案无法对多波长信号同时进行加密的问题，提出了一种多波长信号异或加密系统方案.该方案基于铌酸锂光波导泡克耳斯效应，利用外加电场对铌酸锂光波导中光信号产生调制相移，并通过多波长相干光明文与光密钥的干涉实现异或加密.由于相邻波长光信号在相同外加电场作用下的调制相移差别很小，因此该方案能够实现较高输入信号波长范围的多波长信号全光加密操作.利用该方案仿真实现了对8×10 Gbps，波长间隔为0.8 nm，码形为上升沿与下降沿均为10 ps的非归零码信号的异或加密操作，输出各波长加密信号误码率小于4.30×10－86，Q因子大于21.51；理论分析与仿真得出了该多波长全光加密方案能够完成输入信号波长范围高达400 nm的异或加密操作；并得出该加密方案在输入信号波长小于78 nm时，加密操作能够改善输入信号消光比.理论分析与仿真结果共同验证了该方案对于多波长光信号进行异或加密的可行性与有效性.

矢量光束的一般表示方法是利用投影矩阵和广义琼斯矢量的乘积描述.投影矩阵存在一个自由度，该自由度与有限光束的场矢量偏振状态有关,由特定的单位矢量与波矢量间的方位角决定，可以定量地描述矢量光束的偏振状态.本文在矢量光束描述的理论基础上，通过对投影矩阵进行与反射光束与透射光束传播方向相应的坐标旋转，根据麦克斯韦方程组及其边界条件，计算讨论在各向同性介质界面上反射、透射矢量光束的表示形式以及其自旋霍尔效应表现出的横向位移.线偏振光(光子自旋量为σ=0)横向位移为零，圆偏振光束(光子自旋量为σ=±1)位移量最大且左圆偏振与右圆偏振光束的位移大小相等方向相反，进一步分析了左圆偏振光束在界面上的反射、透射光束的横向位移与入射角的关系.

基于大气湍流影响下的空间相干光通信系统模型和孔径平均效应的平面波模型，通过数值模拟研究了弱光强波动条件下孔径平均效应以及大气湍流内外尺度对相干光通信系统误码率和接收孔径直径最优值的影响。研究结果表明：孔径平均效应能够有效减小相干光通信系统的误码率，改善系统性能；原始信噪比越高，传输距离越短，波长越长，相位补偿模式的J值越大，接收孔径直径越接近最优值，孔径平均效应对误码率的改善效果越明显；孔径平均效应会影响接收孔径直径的最优值，相位补偿模式的J值越大，影响越明显；系统误码率和接收孔径直径最优值会随着大气湍流内尺度的增大而相应增大，随着大气湍流外尺度的减小而相应减小。研究结果将为空间相干光通信系统设计提供必要的理论依据。

光束在弱吸收介质板上反射时,会产生纵向位移。采用稳态相位法从理论上研究了线偏振光在单层金属界面上反射时的纵向位移。结果表明,在吸收频率区,TE偏振反射光束的纵向位移很小,随入射角增大单调增加,掠射时趋于饱和,而TM偏振反射光束的纵向位移为负位移,在入射角为80°附近达到峰值约λ; 在反射频率区,TE反射光束的纵向位移随入射角的变化规律与在吸收频率区相同,饱和值更小,TM反射光束的纵向位移为负位移,掠射时约几个波长。

棱镜-薄膜耦合结构是单侧镀电介质膜的双棱镜结构中的一种,在光信号传输方面具有十分重要的作用。利用稳态相位法分析了这种结构中反射和透射光束的Goos-Hnchen位移,研究结果表明,反射和透射光束的Goos-Hnchen位移随薄膜厚度或入射角的增大除出现共振峰外,还存在反射光束的Goos-Hnchen位移共振峰为负值的新现象。在共振点处透射和反射光束的正向或负向位移量最大可达百余波长。这一结构中薄膜和入射角对光束Goos-Hnchen位移的调制在设计新型光位移调制和光传感器件中具有潜在的应用。

受抑全反射结构中,反射光束和透射光束的古斯汉欣(Goos-Hnchen)位移同时存在,对称双棱镜结构的受抑全反射古斯汉欣位移通常只有波长量级,在实验中很难测量。计算了在入射角大于棱镜与空气界面的临界角小于棱镜与薄膜界面临界角时,镀有电介质膜的对称双棱镜的受抑全反射过程中入射光束的反射系数和透射系数的复数表达式。利用稳态相位法计算得出透射光束和全反射光束的古斯汉欣位移。结果表明,反射光束和透射光束古斯汉欣位移量相同,与入射角大小、薄膜厚度以及空气层厚度有关。在入射角小于但接近棱镜与薄膜界面的临界角,薄膜厚度和空气层厚度一定时,古斯汉欣位移量共振增强达到波长的数百倍。