放电引发非链式脉冲HF激光器在全谱输出条件下典型的输出谱线约16条,谱线集中在2.65~3 μm波段,大气中H₂O分子在2.7 μm附近的吸收带对HF激光能量衰减有较大影响。利用放电引发非链式脉冲HF激光器,获得了宽谱脉冲HF激光在空气中的吸收衰减规律。实验结果表明,全谱输出条件下脉冲HF激光在激光器出口处的吸收系数约为0.066 m ^-1,传输40 m后吸收系数降低到0.01 m ^-1附近。吸收系数随着传输距离的增加而减小,并趋于常数。通过对非链式脉冲HF激光2.8 μm以下输出光谱的抑制,在激光器出口处吸收系数减小到原来的1/3,约为0.022 m ^-1,一定程度上降低了空气吸收对激光能量的衰减。

为获得氮稀释剂燃烧驱动连续波DF激光器输出光谱特性, 利用傅里叶红外光谱仪对Z型折叠非稳定光学谐振腔DF激光器的外传输光路高反射镜散射激光进行了光谱分析.结果表明: 采用N2稀释剂的DF激光输出谱线向长波偏移, 有效输出波长大于4.0 μm的3P10～3P13谱线, 且各振动能级跃迁谱线为更高转动量子数跃迁谱线.各支谱线存在谱带间和谱带内竞争, 且在一定程度上体现级联效应.改变燃烧室反应氧化剂过量系数, 能够在一定程度上调节DF激光输出谱线分布.过量的副燃料主要为满足气动性能需求, 在合适范围内变化的副燃料比对输出谱线及分布影响较小.研究结果可为燃烧驱动连续波DF激光技术研究及应用提供参考.

设计了V型折叠非稳定光学谐振腔,对不同氧化剂过量系数条件下连续波氟化氢(HF)激光输出谱线变化规律进行分析。结果表明,在合适的激光反应体系配方和光学谐振腔参数下,波长大于2.87 μm的2P8和2P9等HF激光长波谱线能够有效输出。调节燃烧室反应相对氧化剂过量系数,控制参与光腔激射反应的自由氟原子量,能够在一定程度上调节HF激光输出谱线分布。激光器输出功率与增益系数密切相关,单支谱线的最高输出功率与其最大增益系数相对应,激光器最高输出功率与各支谱线增益系数之和的最大值相对应。

凹面衍射光栅兼具色散分光与光束聚焦功能, 同时具有像差校正、 低杂散光、 无鬼线和高信噪比等优势而受到光谱仪器领域的广泛关注。 衍射效率作为凹面光栅最重要的技术指标之一, 其测量技术水平逐渐成为光谱仪器行业最为关注的课题之一。 传统方法一般采用双单色仪结构实现凹面光栅衍射效率的测量, 该方法主要存在两方面问题, 一是测量标准反射镜和待测光栅的出射光谱带宽不同, 二是光栅叠级、 杂散光的影响; 上述问题的存在降低了高性能凹面光栅衍射效率测量的准确性。 本文提出了一种基于傅里叶光学原理测量凹面光栅衍射效率的新方法; 针对该方法建立了凹面光栅衍射效率测量的数学模型, 并采用光学追迹和傅里叶光学方法相结合对其进行了仿真分析, 从而验证了该方法的正确性; 针对动镜横移误差、 倾斜误差、 光源稳定性、 动镜运动距离误差等因素影响凹面光栅衍射效率测量精度的问题, 提出引入辅助探测器的方法来进一步提高衍射效率测量精度, 并对有无辅助探测器情况下的上述误差对衍射效率的影响进行了数学推导和仿真分析, 分析结果表明引入辅助探测器可以有效抑制了上述误差对凹面光栅衍射效率测量的影响。 对比传统双单色仪测量方法而言, 该方法不仅能够解决传统测量方法存在的问题, 同时还具有多波长同时测量、 高光通量、 高分辨率、 高波数精度等优势, 可以有效提高凹面光栅衍射效率的测量精度和测量效率。

通过优化激光器结构参数和调整反应体系配方, 实现了传统氟化氢(HF)激光输出光谱向长波的转移和波长大于2.87 μm谱线的高效输出。实验和理论结果表明, 随着光轴由11 mm移至15 mm, 2P8谱线所占比重不断减小, 1P10、2P10等谱线所占比重逐渐增加。HF激光输出谱线存在激烈的谱带内竞争和各谱带间竞争, 且在竞争中呈现出一定的级联效应。研究结果拓宽了HF激光实用输出光谱范围, 使某些长波谱线得以高效输出, 对HF激光选线技术研究及应用具有重要的指导意义。

提出了一种基于串联双微环谐振器的新型聚酰亚胺(Polyimide, PI)湿度传感器, 采用传输矩阵法和耦合模的理论计算微环谐振器的传递函数, 并对比了传统单微环与串联不同半径的双微环的输出光谱特性。 外界湿度变化使得聚酰亚胺SOI波导吸收水汽后折射率发生变化, 从而引起微环输出光谱发生漂移, 通过探测光谱漂移量来测湿度值, 得到了串联双微环传感器的灵敏度和测量范围, 并且分析了感湿部位不同时谐振器输出光谱特性。 理论结果表明: 串联不同半径的微环谐振器的自由光谱范围(FSR)要比单微环有所提高, 而且串联双微环谐振器整体感湿比单个微环单独感湿的传感性能更优良, 可作为最佳的湿敏元件。 与传统的单微环传感器相比, 串联不同半径的微环结构可提高系统的测量范围和灵敏度, 半径为30和50 μm的串联微环谐振器的FSR可达到0.15 μm, 传感器测量湿度范围为10%RH～80%RH, 灵敏度可达到0.001 7 μm·(%RH)-1。 因此串联不同半径的双微环谐振器为制备成本低、 结构简单、 高灵敏度、 可集成的微型湿度传感器件提供一定理论基础。

频谱噪声的抑制问题一直是磁控管的研究重点。对14叶片5.8 GHz磁控管进行了三维建模，包括阴极、叶片、隔膜带、极靴和输出天线等。使用冷腔模拟得到了π模腔体频率5.86 GHz。热腔模拟计算得到7个电子轮辐，说明管子在π模正常工作。在某种极靴结构下，计算得到腔体中存在一个近似二次曲线的非均匀磁场分布。在阳极电压4.5 kV、非均匀磁场中心值0.289 T时，模拟得到输出频率5.891 GHz，阳极电流1.55 A，输出功率4.9 kW，电子效率70.3%的结果。输出频谱比较干净，抑制了非π模式的工作，提高了工作效率。

建立了基于自相位调制效应的掺Yb光纤激光器输出光谱特性的解析模型，实验测量分析了输出光谱的形态，输出光谱随功率升高的变化趋势以及低功率下的输出光谱特性。实验结果表明，理论模型与实验结果吻合地较好，并且能够较为准确地得到输出光谱宽度随功率的变化规律以及低功率下输出光谱的特性。

采用两个对称相位发生器(PGC)同时取代两个传统3 dB耦合器，设计了一种新型宽光谱马赫曾德尔干涉仪(MZI)电光开关。利用给出的多元非线性最小均方优化算法，对PGC结构参数做了优化，补偿了由波长漂移造成的MZI电光区的模式相移漂移。在1550 nm中心波长下，所设计器件的电光区长度为5 mm，on和off状态下的驱动电压分别为0和±0.925 V。优化后器件的输出光谱可达250 nm (1430~1680 nm)，且在此光谱范围内，on状态的插入损耗小于5.91 dB，on和off状态间的消光比大于30 dB。在同等消光比水平要求下，该输出光谱范围约为传统MZI电光开关光谱范围(约为50 nm)的5倍，并近似为已报道的基于单个PGC非对称MZI电光开关光谱范围(约为85 nm)的3倍。所给出的宽光谱器件在光波分复用系统中任意波长信道的切换与路由方面具有较好的应用价值。

为了提高目前光纤通信系统的10 Gbit/s和40 Gbit/s混合系统的传输效率，提出了一种新型的器件结构以实现基于平面光波导的不等带宽交错滤波器。该结构结合光学微环与马赫曾德尔干涉仪结构，通过控制相关关键参数，实现了任意带宽比的光学交错滤波器，给出了带宽比为12的非对称交错滤波器设计实例。仿真结果表明，设计的交错滤波器在信道间隔为100 GHz的系统中给传输速率为10 Gbit/s和40 Gbit/s的两个信道分别分配了32.85 GHz和67.15 GHz的带宽，从而解决了传输速率为40 Gbit/s的信道带宽不足的问题。在此基础上通过分析器件中各双模干涉仪的光功率分配比对输出谱带宽比的影响，给出了在相同信道间隔条件下不同带宽比的非对称交错滤波器的设计实例。