光声分子影像技术在生物医学中具有广泛的应用。实现分子探针浓度的准确解析，对于相关疾病的研究具有重要意义。然而，活体探测时，来源于生物组织的信号与探针的信号混叠，增加了准确解析的难度。当前改善的方法：或需要使用多波长进行探测，导致解析速度慢而且过程复杂；或使用单波长的方法，但需要依托于一类特殊探针的开关功能，导致普适性不足。鉴于此，提出了一种基于Grüneisen弛豫非线性光声效应的单波长浓度解析方法，并分别对色素染料与罗丹明6G探针两类样品开展了解析实验。结果表明，本文提出的方法获得的解析结果比线性单波长方法的解析结果误差更小，并且具有较好的普适性，为光声分子影像的浓度解析方法提供了新的思路。

消化道肿瘤是最常见的肿瘤疾病之一。新兴的光声成像技术可以敏锐地捕捉肿瘤周围滋养血管的信息,有助于临床进行更精准的诊断。匹配的血管增强算法可以有效突出图像中的血管网络,但光声活体内窥成像的探测角度有限,易造成明显的血管形态异常,现有方法很难实现有效的血管增强。采用自研的光声内窥系统对大鼠直肠进行活体成像,针对活体成像结果提出了一种融合结构和强度两个层面信息的三维血管增强算法,并采用该算法对结直肠血管图像进行了增强。结果表明:所提算法可以有效提升增强效果,抑制机械抖动带来的边缘毛刺,在活体状态下获取了高质量的结直肠三维血管图像,说明其在基础医学研究和临床应用中具有一定的潜在价值。

光声成像作为一种既能提供光学高对比度又能实现声学大成像深度的新兴医学影像技术, 可通过对肿瘤滋养血管的三维成像, 为癌症的早期诊断提供一种全新的高灵敏检测方法。本文针对消化道肿瘤的临床成像需求, 提出了一种内部光激发、外部声探测的透射共轴式光声消化道内窥成像系统, 并通过仿体与离体生物组织的成像实验, 与现有的反射非共轴式光声内窥成像系统的成像性能进行了对比。实验结果表明, 在仿体样品中, 透射共轴式光声内窥成像系统的信噪比相对反射非共轴式系统最高提高了43.3 dB, 成像深度增大了28.4%; 而离体生物组织中, 在10.7 mm深处, 其信噪比也提高了9.7 dB。实验验证了本设计有效提高了光声信号的探测灵敏度, 使该系统相较现有反射式系统具备更优的成像信噪比和成像深度, 为光声消化道内窥技术推向临床提供了一种具有重要应用潜力的实施方法。

运用透射式太赫兹时域光谱技术提取可区分回波样品折射率, 主要依靠测得信号的相位差计算得到.具体有两种方法: 一是利用参考脉冲和太赫兹波第一次透过样品的脉冲信号, 二是利用太赫兹波第一次透过样品的脉冲信号和经样品内部反射两次后的第二个透射信号.实际操作中入射光束与样品表面法线存在夹角, 该夹角不易测量, 计算时通常忽略, 这会最终引起折射率的测量误差, 且该误差与选用的折射率提取方法有关.在分析两种方法因夹角引起误差的基础上, 提出一种全新的折射率修正方法, 该方法能从理论上消除夹角引起的误差, 同时实验验证了该方法的有效性.

提出并实现了一台基于单腔全介质薄膜法布里珀罗滤光片的1550 nm可调谐外腔半导体激光器。介绍了其内部的光学元件及其工作原理，随后对该半导体激光器的纵模输出特性进行了理论分析，搭建了该可调谐外腔半导体激光器。在不同的实验条件下，对该可调谐外腔半导体激光器在调谐过程中的输出波长、线宽及功率进行了实时同步测量。由所测数据总结出最佳实验条件，并得到了此条件下可调谐外腔半导体激光器的各相关参数。该可调谐外腔半导体激光器有一个线性的无跳模波长调谐区域(1547.203~1552.426)nm，一个稳定的输出光功率范围(40~50)μW，以及一个稳定的输出单纵模分布、线宽范围(100~150)MHz。该可调谐外腔半导体激光器可用于环境监测、原子与分子激光频谱研究、精确测量等领域。

近年来，随着太赫兹(THz)时域光谱系统的发展，THz波导作为用于THz波传输的器件一直都是研究的重点，而寻找低损耗的材料和可弯曲的结构一直是研究人员的目标。介绍了THz时域光谱系统的现状，并总结了传统波导技术应用于THz领域时的一些不足之处。重点介绍了基于三种不同工作原理的新型THz波导,并对比了各自的优缺点，这三种原理分别是金属面反射、介质界面全反射以及反共振反射。最后简要介绍了可弯曲低损耗THz波导的应用现状及后续工作方向。

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种新兴的光谱测量技术，是太赫兹(THz)领域的研究热点。传统THz-TDS系统利用步进的时间延迟线进行扫描，并通过锁相放大器获得THz信号。这种方法检测THz信号的速度有限，无法应用于某些要求快速测量的场合。而快速扫描THz-TDS系统可以实现THz信号的快速检测，易于进一步扩大其应用范围。总结介绍了快速扫描THz-TDS系统在国内外的代表性研究进展，对几种实现快速扫描的方案进行了分析比较，并提出了一定的改进方法。

提出了利用飞秒激光的多次聚焦现象进行微光学器件并行加工的方法.通过实验总结了光强和聚焦深度对该方法的影响规律,并实现了用该方法并行加工多个微光波导.对多个微光波导的间距实现了控制,其间距范围为2～5 μm.将并行加工出的光波导与单个焦点加工出的光波导做了对比,并行加工出的光波导形貌上比较接近单个焦点加工出的光波导,但其传输性能还有一定的差距.用超强光引起的自聚焦对这种多次聚焦做了理论解释,并且针对光强和聚焦深度对多次聚焦的影响做了进一步的理论分析.结果表明,这种方法相对以往的并行加工,实现简单,对加工结果的控制相对灵活.该方法利用的是超强激光特有的非线性现象,为飞秒激光的高效率加工开拓了方向.

分析了垂直式加工中加工区域光强分布不对称的原因,从理论上总结出改进这种不对称的方法.在分析了仅引入单个透镜就能实现这一改进的可行性后,实验验证了这种改进方法.未改进之前加工出的光波导其端口两个方向直径之比为10∶1,甚至更高;而改进后的比例则非常接近1∶1.通过对光强不对称的改进,该方法有光路简单,无能量损失的优势.