胶囊内窥镜具有体积小、续航时间长、无疼痛等优势, 被广泛应用于人体内部空间的观察。但传统的胶囊内窥镜存在观察范围小、成像相对照度较低、图像质量较低等缺点。设计了一款成像范围大、相对照度高、分辨率高的胶囊内窥镜镜头, 镜头视场角(FOV)为150°, F数为2.8, 总长度小于6 mm, 平均视野中相对亮度超过90%。调制传递函数(MTF)在200 lp/mm时超过30%, 并且镜头仅用了5片球面镜, 结构紧凑, 解决了传统的胶囊内窥镜的劣势, 利于医护人员对病情进行准确的判断。

采用基于密度泛函理论的赝势平面波第一性原理方法, 理论研究了不同计量Ta掺入ZnNb2O6材料的光电特性。通过对ZnNb2-xTaxO6 (x=0～2.0)材料键结构和态密度的计算, 并结合带间电子跃迁分析了材料的介电函数、折射率、反射率以及吸收系数。计算结果显示: (1)ZnNb2-xTaxO6 (x=0～2.0)为间接半导体, 带隙随着Ta原子的掺入呈下降趋势(x=0, Eg=3.51 eV;x=2, Eg=2.916 eV), 随着Ta掺入量的增加导带顶逐渐移向费米面。态密度主要由O 2p、Zn 3d、Nb 4d、Ta 5d 轨道组成; (2)ZnNb2-xTaxO6 (x=0～2.0)价电子态呈现为非对称, 具有很强的局域性, 对材料整体的电子结构和键特性有重要的影响; (3)介电函数的计算表明, ZnNb2-xTaxO6 (x=0～2.0)材料各向异性, 最大吸收峰在3.02×105 cm-1附近, 消光系数在带边表现出较强的吸收特性, 进一步以带结构和态密度为出发点, 探讨了电子带间跃迁的光电机理。该结果为研制高性能光电器件用新型功能材料提供了理论依据。

设计了一种用于空间遥感卫星的高分辨率离轴三反光学系统,该系统具有大视场、长焦距、高分辨率的特点,其焦距f为1 200 mm,F/#为10,水平视场角可达±2.5°、垂直视场角可达±2.5°。当卫星轨道高度为300 km,传感器像元尺寸为8 μm时,地元分辨率GSD可达2 m。通过对参数的多次优化,最终设计的光学系统在空间频率62.5 lp/mm处全视场MTF值均大于0.3,成像效果优良,接近衍射极限。

理论研究了均匀照明的无偏压光伏晶体中非相干耦合亮暗光伏孤子对的存在性。发现在共同的光伏光折变效应作用下，具有相同偏振和波长但彼此互不相干的两光束可以形成非相干耦合亮暗光伏孤子对。推导了亮、暗光场分量及其半峰全宽(FWHM)的表达式，并以CuKNSBN为例讨论了光强分布特性及半峰全宽与孤子光强的变化关系。结果表明，在形成非相干耦合亮暗孤子对时，暗孤子FWHM要比亮孤子FWHM小得多，从而对折射率改变的贡献较小。并用数值模拟的方法研究了其传播特性，发现非相干耦合亮暗孤子对可以在光伏晶体中稳定传播。当暗孤子光束不存在时，亮孤子光束仍能在晶体中呈呼吸状传播；然而，当亮孤子光束不存在时，暗孤子光束迅速塌陷。

研究了在有均匀背景光照明的光伏光折变晶体中两种具有不同频率的宽光束的调制不稳定性。结果表明，复色宽光束的调制失稳可以由两信号光对背景光的Glass系数比r1和r2来控制，且其调制失稳增长率还依赖于复色光中两分量成分的强度f与g之比。对于r1>1且r2>1的情况，当f<0.5时，随着g的增大，最大调制不稳定性增益先随之增大而后减小；而当f>0.5时，最大调制不稳定性增益随着g的增大而减小，当g取足够大的值时调制不稳定性受到抑制，从而趋近于0。对于r1>1,r2<1的情况，当f<4时，对应于r2<1的信号光可以抑制甚至完全禁止另一束对应于r1>1的信号光的调制不稳定性，而f>4时调制不稳定增益比较小。在r1<1,r2<1时两复色宽光束不发生调制失稳。

共焦腔是一般稳定腔的特例，由于等价性，共焦腔中自再现模的振幅分布、损耗和光斑尺寸常常被用于讨论一般稳定腔。为了分析具有大菲涅尔数的圆镜共焦腔，本文利用传输矩阵方法对腔模进行计算和讨论。研究结果表明:传输矩阵方法的结果与Fox-Li积分迭代法的结果一致，并且传输矩阵方法实用于大菲涅尔数共焦腔。

对高功率激光器输出光束的功率密度分布进行检测和图像分析,结果表明,该方法成本低廉并切实可行,可以为高功率激光光束质量的改进和工业应用提供依据。

周期弯曲晶体中做沟道运动的带电粒子,在沟道辐射的同时,还将产生摆动场辐射。引入正弦平方势,并考虑运动阻尼和非线性影响,在经典力学框架内和偶极近似下,把粒子的运动方程化为具有阻尼项和受迫项的摆方程。利用梅利尼科夫(Melnikov)方法分析了异宿轨道的分叉与系统进入斯梅耳(Smale)马蹄意义下的混沌行为。结果表明,系统进入混沌的临界条件与它的具体参数有关,只需适当调节这些参数就可以原则上避免或控制混沌,从而进一步保证系统有效输出X-激光或γ-激光。

理论研究了基于双光子异构非线性的非相干耦合孤子族的存在性。发现非相干耦合灰孤子族及暗孤子族可以在具有双光子异构非线性的块状聚合物中存在。若各分量成分具有相同的偏振和波长但彼此互不相干, 可能形成这种孤子族。用数值方法详细地研究了这种非相干耦合灰孤子族及暗孤子族的存在条件及其特性。非相干耦合孤子族的每一个分量成分具有相同的半高全宽。当这一非相干耦合灰孤子族或暗孤子族在具有双光子光致异构非线性的聚合物中传播时, 各分量成分光束都能稳定传播。研究表明, 灰孤子族各分量成分具有横向运动速度, 但暗孤子族不会在横向上发生移动。当这种非相干耦合孤子族只有两个分量成分时, 它们自动退化成灰孤子对或暗孤子对。

利用线性电光效应的耦合波理论,对单轴晶体铌酸锂电光调制器的温度特性进行了研究。通过计算机进行数值计算,详细分析出射光光强随入射光方向、温度的变化关系。发现在某些入射光方向上,出射光光强不随温度的变化而变化,并且在该方向附近,角度在一定范围内是可调的,温度的稳定性可以保持。进一步还发现,当极角θ固定在0°,方位角在0～π/2,温度在243～343 K范围内变化时,调制器的温度稳定性相当好；另外,当固定在π/8,θ在0～0.0032π范围内变化时,调制器的温度稳定性也很好,出射光强对入射光强之比几乎不随温度而变化。这一结果表明,可以通过调节入射光的方向来保证调制器的温度稳定性,而这些方向是可利用线性电光效应的耦合波理论计算得出的。