针对目前使用的光纤中普遍存在的色散问题，利用有限元法并结合 COMSOL Multiphysics 仿真软件设计了一种双芯圆形液体掺杂的光子晶体光纤。研究结果表明，随着空气孔直径 d1 与空气孔层间距 Λ 的比值 d1/Λ 变小，有效折射率的最大变化率和色散逐渐向长波长方向移动；随着中心孔直径 d2 变大，有效折射率的最大变化率和色散的最小值也逐渐向长波长方向移动；此外，随着掺杂液体折射率 nL 增大，有效折射率的最大变化率和色散的最小值同样逐渐向长波长方向移动。当 Λ=1550μm、d1/itΛ=0.7、d2/Λ=0.833 以及 nL=1.753 时, 可在 1550 nm 处获得 －132720 ps·nm－1·km－1 的大负色散值。

针对电子斜入射透过石墨烯的问题,以石墨烯层作为势垒,假设势垒宽度为D,势垒高度为V0,电子从左往右穿过石墨烯层,能量分别设为E1、E2、E3,其中E1＞E2＞E3;利用薛定谔方程,通过波函数和其一阶导数在x=0和x=D处的连续性条件,进行求解得到斜入射时电子穿过石墨烯的透射率;运用Matlab绘制不同宽度下的透射率,发现透射率的高低与入射角度无关,只与能量有关;入射能量越高,穿过势垒后的能量越大,即透射率越高,同时,势垒宽度越窄,透过的能量也越高;入射能量为 07倍势垒高度时,透过1倍、2倍、3倍隧道效应长度的透过率分别为势垒高度的555％, 320％和152％。

利用湿化学法在FTO玻璃基底上制备了高度规整的ZnO纳米棒阵列(ZnO NRAs), 以此为衬底, 采用磁控溅射法在ZnO NRAs表面沉积Cu2O薄膜。分别用X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜、光致光谱、紫外可见分光光度计和电化学工作站对样品的物相、形貌、吸收光谱、光电性能进行了表征, 用甲基橙(MO)模拟有机物废水研究复合材料的光催化性能。结果表明: ZnO纳米棒为六方纤锌矿结构, 其直径约为80～100 nm, 长约2～3 μm, 棒间距约100～120 nm。立方晶系的Cu2O颗粒直径约为100～300 nm, 形成致密膜层并紧密覆盖在ZnO NRAs表面上, 构成ZnO/Cu2O异质结纳米阵列(ZnO/Cu2O HNRAs)结构。与纯ZnO NRAs和Cu2O相比, ZnO/Cu2O HNRAs在可见光范围内的吸收显著增强, 吸收波长向可见光方向偏移。ZnO/Cu2O HNRAs的载流子传递界面的电荷转移速度快, 有效促进了光生电子和空穴的分离。在紫外-可见光照射65 min后, ZnO/Cu2O HNRAs的降解效率为94%, 分别是纯ZnO NRAs和Cu2O的18倍和1.7倍。

针对研究一类球形隐身外壳材料光学特性的问题,设计一种基于空间压缩拉伸的坐标变换方式,利用几何光学光线追踪的方法,描绘光线传播的斗篷行为,用以研究隐身材料的光学特性,建立一个二维的变换模型来研究隐身材料:在大圆中存在一个小圆,两圆圆心重合,小圆将大圆内的空间分割成两个部分,等间距的直线穿过模型,分别与两个圆相交。通过坐标变换将圆内的空间进行拉伸,同时将圆外的空间压缩,从而使得光线在隐身材料外壳中发生扭曲实现隐身效果,利用Matlab进行编程模拟作出图像并与实验样条曲线进行对比,根据对比结果修改完善程序并将其拓展到三维情况下。结果表明,这样的坐标变换有利于解释在各向异性材料中某个球形区域内的隐身效应。

研制了一套基于Linnik干涉仪的全场光学相干层析(FF-OCT)系统对细胞进行层析成像。 不同于其他FF-OCT系统的成像方法,该系统采用了基于Hilbert变换的图像恢复算法,只需2幅移相干 涉图就可以恢复样品的结构信息,即使移相出现误差,仍能得到样品层析图。系统的实测纵向、横向分辨率分别 达到1.1 μm、2.5 μm。通过对洋葱表皮细胞的初步成像实验,验证了该FF-OCT系统的可行性, 为进一步实现高分辨率细胞成像奠定了基础。

通过对低压化学气相沉积制得的CoSb3纳米薄膜在300~800K温度范围内的热电性能测试，发现其电阻率较其他单晶CoSb3块状样品低一个量级，热导率值在1.08~4.05 Wm－1K－1之间，比单晶CoSb3低得多.这表明纳米结构导致热导率显著降低,最高热电优值在773K出现且为0.114.这种纳米薄膜材料在研制新型高效热电半导体方面极具应用前景.

用蒙特卡罗方法模拟X射线分别透射过纯金和掺铜黄金,并对不同条件下的透射结果进行对比,结果表明,X射线在纯金中的透射度明显弱于掺杂了铜杂质的金块。本文并因此提出一个新方法来检测黄金的纯度。为达到较好的检测效果,可以选定0.3 MeV的X射线作为入射源,透射光子的测量能谱选为0.11~0.16 MeV。该方法简单易行,成本低,测量范围大。本文的讨论对黄金纯度的检测具有借鉴和指导意义。

针对目前广泛使用的G.652光纤中存在的色散问题,设计了一种圆形结构的双芯色散补偿型光子晶体光纤,并运用COMSOL Multiphysics 4.4对其进行仿真模拟。研究表明,当空气孔孔径d增大时,色散的最小值会向长波长区移动,同时最小色散值的绝对值会逐渐增大;当层与层间距Λ增大时,色散的最小值会向长波长区移动,但是最小色散值的绝对值会逐渐减小;当填充液体折射率nL增大时,色散的最小值会向短波长区移动,同时最小色散值的绝对值会逐渐增大。当d=1.140 μm,Λ=1.500 μm,nL=1.350时,在传输波长1 550 nm处可以得到大约-17 000 ps／(nm·km)的大负色散值,可以对相当于自身长度850倍的G.652单模光纤进行色散补偿。

针对孤子串在传输过程中发生周期性碰撞, 导致信息串扰的问题, 提出采用准确度较高的辛普森公式近似地改进对称分步傅里叶变换, 对孤子串的传输特性及传输过程进行数值模拟.实验结果表明, 当初始半间距为2.5时, 对于孤子对、三孤子、四孤子、五孤子和六孤子而言, 只考虑自陡峭效应且自陡峭系数都为0.02时, 或者只考虑自频移效应且自频移系数分别为1、1、3、2、1.5时, 都能有效地减少孤子间的碰撞, 增加孤子碰撞前的独立传输距离, 当同时考虑自陡峭效应和自频移效应时, 自频移效应占主导作用.

光孤子通信是解决光信息在光纤中长距离传输时衰减和色散问题的一种较为有效的方法.本文在现有带有群速度色散、非线性项、三阶非线性系数以及增益/损耗项的非线性薛定谔方程孤子解的基础上, 给出了灵活性的孤子解.采用具有复振幅的行波解作为试探解, 将试探解代入原方程, 在实部和虚部分离的基础上, 引入三个变量函数, 最后表征出孤子解波函数的平方, 并应用Matlab选择不同的变量函数进行数值模拟, 得到图示结果.结果表明孤子解对于参变量变化是敏感的.选择适当的参量, 得到合适的孤子, 这一结论对光纤中孤子通信具有重要意义.