使用计算流体动力学、传热学、固体弹性力学和光学的多物理场耦合集成仿真分析技术完成了红外热像仪中光机的热特性与热设计研究。采用有限单元法(Finite Element Method, FEM) 和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)得到了光机内部的温度场、应力变形分布及光学件面形。基于最小二乘法成功移除了光学元件的刚体位移, 将刚体位移和移除刚体位移的标准Zernike系数作为设计输入条件导入光学系统中。对比在常温、自然散热和强对流不同条件下的弥散斑和传函曲线, 实现了红外热像仪光机热集成及耦合仿真分析, 该光机热集成仿真分析研究技术对光学系统结构设计和研究具有借鉴意义。

提出一种可以产生皮秒量级开关窗口的光波导微环谐振器,对其设计与性能进行了分析和研究。采用多环层叠结构来设计微环谐振器的传输特性曲线,利用特性曲线的非线性特征,在正弦电压的作用下改变材料的折射率可获得一个较窄的开关窗口。采用耦合矩阵理论研究了系统的调制特性以及开关窗口特性,分析了开关窗口宽度和消光比与驱动电压的关系。研究结果表明,10 GHz驱动电压情况下,开关窗口宽度、消光比和插入损耗可以分别优于10 ps,40 dB和1 dB。只需要电的控制信号而无需高质量的光控制脉冲,且具有工作速率高、结构简单、消光比高、传输损耗小和工作电压低等特点。

提出并设计了一种基于电光聚合物的锥形波导,可用于单模光纤与电光聚合物波导器件之间的连接。锥形波导中采用了宽度锥形和折射率锥形结构。宽度锥形采用劈形形状,通过宽度和折射率的缓慢变化实现模场转换。劈形形状的宽度锥形具有较小的损耗且易于制作,折射率锥形可采用灰度掩膜光刻技术制作。研究了锥形波导的传输损耗与锥形波导的长度、波导宽度和厚度、材料吸收损耗等参数的关系及其优化,分析了锥形波导中的功率传输、模场分布与模式转换效率。结果显示锥形波导的传输损耗小于0.37 dB,光纤波导光纤的连接损耗优于1.62 dB,对插入损耗的改善达到8.78 dB,模场转换效率达到了83.7%。

电光聚合物材料通常采用带栅极的电晕极化技术进行处理.本文通过求解泊松方程分析电晕极化过程中聚合物内外的电场分布.将平衡状态与样品表面电位相联系,得到了平衡状态时的外部极化电流.在假定自由空间电荷的影响可以忽略的情况下,得出了外部极化电流与内部极化状态之间的简单关系.这可以在一定程度上反映极化取向的状态.

对基于马赫-曾德尔(Mach-Zehdner)干涉仪的聚合物电光系数测量方法进行了分析。提出了改善性能的方法并进行了讨论。采用光纤干涉仪代替空间光学干涉仪对样品电光系数进行透射式测量,采用压电陶瓷(PZT)片调节测量系统的工作点实现反馈控制,有效地减小了法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振效应的影响；通过精确控制光纤干涉仪干涉臂长差和合理选择光纤耦合器的耦合比,可以提高干涉的可见度,从而提高系统的测量精度。实验结果表明,系统的干涉可见度为0.84,可分辨的最小相位变化约为6×10-6 rad。

报道了用光纤马赫曾德尔干涉法测量极化聚合物电光系数的方法和原理。该方法不仅可以测量聚合物薄膜的电光系数而且可以测量聚合物波导的电光系数,并且该方法可以同时测量聚合物的电光系数张量元r13和r33。该方法最突出的优点是不必在聚合物薄膜的表面制备第二个电极,因此尤其适合于在电光聚合物试制阶段测试聚合物的电光系数。干涉仪的输出被反馈到参考臂中控制相位偏置点的压电陶瓷,从而实现对干涉仪相位偏置点的闭环控制,因此降低了对环境稳定性的要求并且提高了测量精度。实际测试了极化聚合物薄膜PMMA-DR1的电光系数张量,其测量值r13=8.3 pm/V,r33=257 pm/V。