基于渐变包络近似(SVEA)研究了非线性薄膜波导的TE模传输特性,得到了较为简洁的模式本征方程和导波的电磁场分布规律。对于芯区为自聚焦Kerr型介质,随着光功率强度的增大,导波的有效折射率增大,芯区中的传输功率比也增大,非线性介质的自聚焦效应就愈加明显。研究还表明,利用渐变包络近似得到的相关规律不仅简单清晰,而且十分有效,在光功率强度不太大时有很高的精确度。

结合激光速率方程理论和光纤激光器中信号光与泵浦光的传播方程, 提出了适用于线型腔、环形腔光纤激光器的通用的行波理论模型, 可以模拟连续波( continuous wave, CW)、主动 /被动调 Q脉冲输出。本模型考虑到了传统的点模型 (pointmodel)无法计算的因素, 主要包括泵浦光和信号光在腔内分布不均匀的特性, 以及传输、连接等不同损耗和非掺杂光纤对激光的影响, 因此具有较高的理论精度。通过有限差分方法(finite difference method, FDM)推导出了求解光纤激光器行波模型的数值算法, 并采用 VC6.0以及 C/C++与 mideva混合编程技术实现了该算法, 最终获得了具有较高运行效率、灵活度、可以模拟到大量动态激光器运行信息的光纤激光器数值仿真分析软件。

研究了红外锁相法热波检测技术的原理、缺陷深度测量及在蜂窝夹层结构及焊接构件检测中的应用。建立了二维热传导有限差分模型，采用该模型计算了强度按正弦规律变化的热流引起试件表面温度变化的历程，基于锁相法提取了有缺陷与无缺陷处的准稳态温度变化，并计算了二者的相位差。然后，建立了热波在试件中传导的热-电等效模型，利用该模型对红外锁相法热波检测技术进行了仿真研究，得到了缺陷深度和反射热波与入射热波相位差之间的关系。最后，采用红外锁相法热波检测技术对模拟缺陷的蜂窝夹层结构试件和实际焊接构件进行了无损检测试验。结果显示，有限差分模型和热-电等效模型计算有缺陷与无缺陷处的相位差与试验结果基本一致，偏差<5%，表明采用红外锁相法热波检测技术能够快速、准确地获得缺陷大小、位置等，该技术也适用于有复杂曲面结构的构件。

在光子晶体光纤典型的空气孔三角形排布图案中,将每个空气孔替换为一对孪生空气孔对,孪生空气孔对之间有确定的间距和固定的轴向,并由其形成包层的基本单元.在端面中心位置缺失一孪生空气孔对,由高折射率的背景材料将光场束缚于此形成纤芯.在包层中所有的孪生空气孔对按照三角形规则均匀排列.在这种新型结构中,由于所有孪生空气孔对都具有相同轴向而使得两个正交方向上的折射率不对称,从而导致双折射效应.本文利用有限差分法进行数值计算,所设计孪生空气孔对光子晶体光纤在两个正交方向上的折射率差△neff可达到10-4.孪生空气孔对结构参量可在一定程度上影响双折射效果,增大空气孔或减小孪生空气孔对内部间距都可在一定程度上增大双折射效应.

根据增益波导垂直腔面发射激光器直接耦合的准三维理论模型，通过有限差分法对注入电流密度、载流子浓度、光场和热场分布方程求自洽解．研究了垂直腔面发射激光器的电、热和光波导特性，同时提出了一种具有双氧化限制层的增益波导垂直腔面发射激光器结构，并通过对比研究了N－型分布布喇格反射镜和双氧化限制层对增益波导垂直腔面发射激光器特性的影响．计算结果表明，如果忽略N－型分布布喇格反射镜的影响将与实际的垂直腔面发射激光器有较大偏差；双氧化限制层结构对激光器特性有较大的改善，它为增益波导垂直腔面发射激光器提供了一种降低阈值，抑制高阶横模的方法．

利用有限差分方法(FDM)对大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型光波导的本征模进行了计算分析,从而确定了SOI脊型波导的单模条件,即归一化外脊高和归一化脊宽的关系.通过比较,进一步明确了归一化外脊高大于0.5时现有的单模条件解析公式中常数项的取值为0.3.同时,还对归一化外脊高小于0.5时的单模条件也做了计算和讨论.