为实现光栅耦合器与光纤的高效率耦合, 基于联合微电子中心有限责任公司(CUMEC)超低损耗氮化硅平台, 成功设计并开发了与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容的低损耗、小尺寸氮化硅光栅耦合器。首先对光栅关键参数进行了仿真计算, 选择最优参数进行光栅耦合器的设计。然后, 基于CUMEC超低损耗氮化硅平台, 采用聚焦光栅结构, 极大地缩小了光栅耦合器的尺寸, 得到的氮化硅聚焦光栅耦合器小线宽结构制备良好。搭建了光学测试系统完成聚焦光栅性能表征, 测试结果表明, 损耗最优值为4.48 dB, 对应波长1548 nm, 1 dB带宽大于45 nm。

紫外光电倍增管是紫外告警系统和紫外光通信的关键探测器件，紫外微通道板型光电倍增管具有高灵敏度、高增益、高分辨率、低噪声等特点，且体积小、耐冲击与振动，但国内紫外光电倍增管起步较晚，产品技术性能薄弱，故紫外微通道板型光电倍增管的研制及性能研究迫在眉睫。本文中的紫外微通道板型光电倍增管采用端窗式结构、MgF2 材料作为光窗、Cs2Te 阴极作为光电转换阴极，可实现200 nm～300 nm“日盲”紫外波段的探测，倍增极使用高增益双通道板叠加结构，在电压较低的情况下可以实现约5×106 倍增能力，从而提高了紫外光电倍增管的单光子探测能力。文中简要介绍了紫外光电倍增管的应用以及同种管型国内外的发展现状，研究紫外光电倍增管的测试方法，对自主研发的光电倍增管进行了性能评估和数据分析。结果表明，紫外微通道板型光电倍增管阴极辐射灵敏度较高，同时对单光子具有较好的响应，相对国外同类型的产品，具有高增益、高峰谷比、高分辨率等优点。

氮化硅薄膜因其耐腐蚀性、 高温稳定性和良好的机械强度等优点, 被广泛用作透射电子显微镜(TEM)、 扫描电子显微镜(SEM)、 原子力显微镜(AFM)、 X射线光电子能谱仪(XPS)、 能量色散X射线光谱仪(EDX)等的表征实验承载体。 特别是, SiN可作为SEM观察时的低扰背景。 然而SiN薄膜较差的荧光性制约了其进一步在荧光器件中的广泛应用。 为了进一步提高SiN薄膜窗口的荧光效率, 实验研究中采用了射频磁控溅射技术在SiNx薄膜衬底上成功制备出系列ZnO薄膜, 并分别进行了氮气氛非原位退火和原位退火处理。 然后利用原子力显微镜(AFM)、 扫描电子显微镜(SEM)、 拉曼光谱仪(Raman)对薄膜的微结构和光致发光(PL)性能进行了研究, 并系统研究了所制备薄膜的发光情况。 实验研究结果表明, 镀膜后荧光强度普遍提升, 退火促进晶粒进一步熟化生长、 结晶性能大幅提升、 晶界减少, 且退火方式对射频磁控溅射法制备的ZnO/SiN复合薄膜的微结构和发光性能有显著影响。 与SiNx薄膜相比, 未退火的ZnO/SiNx薄膜和N2气氛非原位退火的ZnO/SiNx薄膜在380 nm附近的带边本征发射强度分别提高了77倍和340倍以上。 与非原位退火处理的薄膜相比, 原位退火处理的ZnO/SiNx薄膜具有更多的氧空位缺陷, 因此表现出更强的可见光波段PL强度, 在425～600 nm的可见光波段表现出更高的光致发光能力。 这些结果有助于优化氮化硅基ZnO荧光薄膜的制备参数。

研究了磁控溅射制备Sub/NiCrN_x/Ag/NiCrN_x/SiN_x/Air多层结构银反射镜的特性，分析了N₂对Ag薄膜、介质保护层及银反射镜光谱的影响。采用深度剖析X射线光电子能谱和透射电子显微镜分析了银反射镜短波波段（400~500 nm）反射率偏低的原因。采用分光光度计、扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了N₂占比对Ar/N₂混合气体溅射制备单层银膜光学性质、表面形貌及晶向结构的影响，比较了不同Ar/N₂比例混合气体溅射制备银反射镜的反射率，并分析了对应样品SiN_x保护层的化学计量比。实验结果显示，溅射制备银膜时，在Ar中引入一定比例的N₂，SiN_x保护层的化学计量比得到改善。当N₂体积比由0上升至40%时，Ar/N₂混合气体溅射制备的银反射镜在400 nm波长处反射率由71.7%提高到79.3%。此外，基于Ar/N₂混合气体溅射溅射制备的银反射镜样品具备优良的环境稳定性。

根据角谱法和稳相法，推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式，研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下，远场中会出现相位奇点和能流密度黑核；当控制参量改变时，相位奇点和黑核的位置会发生移动，但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响，当涡旋离轴量为0时，相位奇点和能流密度分布关于原点对称；当涡旋离轴量改变时，相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.

由于线宽窄, 可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)一般情况下只能对一种气体进行检测。为了实现多气体同时或近同时在线检测, 本文以1 578 nm-H2S和1 747 nm-HCl混合气体同时在线监测为例, 研究了3种检测方法：(1)同频10 kHz正弦波和两路同频30 Hz不同步的分时锯齿信号法; (2)同频10 kHz正弦和30 Hz锯齿信号的光开关检测法; (3)多频(10 kHz和20 kHz正弦信号)正弦调制法。实验结果表明：分时锯齿信号法除幅值略有微小变化外, 在使用前后对测试结果影响很小; 光开关法在切换过程瞬间会略有不稳定, 但不影响后期的浓度反演; 多频正弦法的信噪比和抗干扰能力均有所提高, 进行HCl探测和H2S探测时, 信噪比在激光器关闭和打开情况下分别提高了0.95倍和3.17倍。以上3种方法操作简单, 可以方便地实现多气体组分的同时在线监测, 提高了TDLAS仪器的竞争力。

研究了MOCVD系统中原位SiN插入层对GaN薄膜应力和光学性质的影响。采用SiN插入层后, GaN薄膜的裂纹数量大大减少, 薄膜所承受的张应力得到了一定的释放。同时, GaN薄膜的缺陷密度降低一倍, 晶体质量得到了极大的改善。研究表明, 位错密度的降低在GaN薄膜中留存较大的残余应力, 补偿了降温过程中所引入的张应力。同样, 随着SiN插入层的应用, 低温PL谱的半峰宽降低, 薄膜光学质量提高。最后研究了PL谱发光峰与应力的关系, 得到了一个-13.8的线性系数。

提出一种垂直扫描白光干涉信号的计算机快速模拟方法。该方法考虑到白光光源光谱分布及垂直扫描干涉系统对白光干涉信号的影响, 通过正弦函数多项式拟合的方式减少模拟算法的运算量, 消除了现有方法中数值积分运算量大, 不便于实际分析的缺点。采用白光LED作为光源, 用该方法对白光干涉信号进行模拟分析, 并用直接数值积分信号模拟结果与白光干涉垂直扫描测量装置获得的实测信号进行对比, 验证了该方法的准确性。

提出了基于半正弦波-方波相关法的凝视成像三维激光雷达.用傅里叶级数展开对新方法进行了分析.理论分析表明,半正弦-方波相关可以在抑制高频噪音的同时加大调制的交流分量.基于新相关方法的探测系统可以在不损失测距准确度的条件下可以获得更大的输出光功率从而获得更大的探测距离.采用基于新方法的探测装置对~70 m外约100 m2的目标进行了探测实验.实验结果表明，基于新方法的激光雷达在60 m处的分辨率约为0.3 m,从而验证了理论分析的结论.