利用棱镜和金属膜组成Kretschmann模块,有机膜、金属膜和玻璃片组成衬底模块,当两个模块相互靠近时,就会构成以纳米空气间隙和有机膜为导波层的双面金属包覆波导结构。双面金属包覆波导结构中激发的导模共振的共振角与纳米空气间隙厚度之间呈线性关系,当选择其中一个模式的反射率曲线为探测信号时,就可通过测量其共振角的变化实现纳米空气间隙厚度的测量。数值模拟计算结果表明,这种结构可以实现0~100 nm范围内空气间隙厚度的测量,测量分辨率可达1 nm。

提出了一种基于对称金属包覆波导结构的光学传感器, 利用该结构所激发的对导波层折射率虚部极其灵敏的超高阶导模为探针, 结合二苯碳酰二肼与六价铬离子的特异性显色原理, 对饮水中六价铬离子痕量进行探测.理论与实验结果表明, 该分析方法的检测极限是1μg/L, 达到了现行国际标准.该方法是一种需样少、耗时短、实时性好、稳定性高和价格低廉的在线检测方法.

温度是激光诱导等离子体特性研究最重要的参数之一, 为降低光谱连续背景对Boltzmann平面法计算等离子体温度的精密度的影响, 利用小波变换对等离子体光谱进行分解, 并采用软阈值法对代表光谱基线的低频信号进行扣除。 选择合适的小波分解层数L及阈值系数α能有效提高Boltzmann图的线性相关度, 即有更高的拟合系数R2, 从而提高等离子体温度的计算精密度。 对低合金钢样品417～445 nm波段LIBS光谱采用db4小波函数进行分解、 基线扣除和信号重构, 选用12条Fe原子谱线建立Boltzmann图, 由Boltzmann图拟合直线的斜率计算得到等离子体温度。 对L和α系数进行了优化选择, 研究发现, 采用8层小波分解时Boltzmann图具有较高的R2, 而α的选择与时延td有关, td≤4.0 μs时, α=0.3可获得最佳R2值, 之后随td的增大, α逐渐减小; 在td≥6.5 μs后, α=0, 即光谱低频信号被完全扣除, 说明基线对光谱特征谱线的干扰随时延的增加逐渐减弱。 基线扣除后各时延的等离子体温度降低约2 000～3 000 K, 温度随时延的增加逐渐降低, 与等离子体膨胀过程中温度逐渐下降的物理过程相吻合, 且变化过程中的波动变小。

为了实现一种单模多波长布里渊光纤激光器, 采用了将掺铒光纤放大器放置于1个10m左右的无源光纤振荡腔外, 各阶布里渊激光通过耦合器可反馈回送到掺铒光纤放大器中再次放大, 作为下一阶布里渊激光的抽运光来产生多阶布里渊激光的方法, 并进行了理论分析和实验验证。结果表明, 在现有掺铒光纤放大器输出功率的水平, 在这种多波长单模布里渊光纤激光器中观察到了7个布里渊激光波长。预计其在光生微波、密集波分复用系统、光学惯性旋转传感和超高精度光谱分析等领域将会有着极其广泛的应用。

为了利用分数阶傅里叶变换有效地检测出信号的啁啾系数，由分数阶傅里叶变换的原理出发，从理论上推导了变换阶次与超短脉冲啁啾系数的关系。以高斯型线性啁啾脉冲为例，利用自编程序进行了数值模拟。根据分数傅里叶变换在特定阶次上呈现能量高度聚集性的特点，画出变换阶次与变换结果的关系图，找到对应的最佳阶次，求出啁啾系数。结果表明，模拟结果和理论结果得到了很好的吻合。这为以后分析啁啾参量提供了参考。

为了更精确地评价超短脉冲的特性,利用小波变换的时间频率联合分析和多尺度分析特性,将小 波变换应用于光谱位相相干电场重构法(SPIDER), 对给定脉冲进行了数值模拟,讨论了小波函数的 形状因子对还原误差的影响,确定了形状因子的选取原则,采用与傅里叶变换互校的方法找到合适的 形状因子以减小形状因子对还原结果的影响。对KLM钛宝石激光器输出的脉冲采用SPIDER法进行了测量, 并与傅里叶变换结果进行了比较,证明了方法的准确性和可行性。

从非线性薛定谔方程出发,用变分法得出了描述锐度因子为不同自然数的超高斯脉冲在光 纤色散(二阶和高阶)和非线性(三阶和五阶)作用下传输的微分方程组,用龙格-库塔算法对微分 方程组进行数值求解。结果表明对于给定的较小的光纤色散和非线性系数,都存在特定的三阶和 五阶非线性系数使非线性有效地对高阶和二阶色散给脉冲传输造成的展宽影响加以补偿,此时 超高斯脉冲在光纤以近似保形的状态稳定传输。当色散系数与非线性系数之比太大时脉冲将被无限展宽。

利用双面金属包覆波导结构激发的高阶导模是导波层折射率的灵敏函数这一特性提出了一种测量非线性材料电光系数和压电系数的新方法. 该方法利用反射率曲线在不同电压下的移动参量可以直接计算出被测样品的电光系数和压电系数. 理论与实验研究表明, 该方法具有结构紧凑、插入损耗小、整个装置无运动部件、可靠性能高等诸多优点. 预计这一研究在应用压电效应和电光效应制备光电子器件的诸多领域中有极其广泛的应用前景.

为了实现激光偏振态的控制和提高两偏振态消光比, 用由各向异性材料加工而成的耦合棱镜并采用两次衰减全反射方法, 使具有相同入射角的TE和TM偏振态的共振激发条件不同, 即当TE偏振态满足共振激发条件能量耦合进波导时, TM偏振态却不满足共振激发条件而被反射来实现其在空间上的分离。同时将电光系数较大、光学性能和热稳定性好的聚合物材料作为波导层, 利用其电光效应来改变共振条件来实现输出光束偏振态的调谐。结果表明, 反射型结构插入损耗小于0.2dB, 器件的消光比高达27dB, 驱动电压为19V。该方案预计在光信息存储、光路由、光开光以及图像处理等光学系统里有着极其广泛的应用。

为了精密控制激光光束的平行移动, 利用双面金属包覆波导结构在导波共振激发时对古斯-汉欣(Goos-Hnchen)位移的增强效应, 采用光学非线性晶体材料作为波导的导波层, 通过在波导中两层金属膜间加入控制电压, 改变波导参量, 实现反射光侧向位移的电调谐, 得到了720μm范围内的光束平移电控, 控制精度可达25nm。结果表明, 实验结果和理论模拟吻合较好。预计本工作对光学微加工领域应用具有积极而广泛的意义。