采用光学浮区法制备了不同Cr3+掺杂浓度的Cr∶Al2O3晶体，并根据需要制备了不同直径(2 mm至13 mm)的长度大于100 mm的圆柱状Cr∶Al2O3晶体。测量了在制备Cr∶Al2O3晶体不同阶段所获得的粉末料棒、陶瓷料棒和晶体的密度，分别为0.928、2.230和4.051 g/cm3。XRD图谱显示，Cr∶Al2O3晶体为α-Al2O3相。透射光谱表明，Cr∶Al2O3晶体可见光非特征吸收波段透过率大于80%。吸收光谱和光致激发光谱(监测669 nm 光)均显示，Cr∶Al2O3晶体在418及559 nm处有较强吸收带，分别对应Cr3+从4A2至4T1和从4A2至4T2的跃迁。以波长为559 nm的光激发Cr∶Al2O3晶体，其光致发射谱在669 nm处出现较强的发射峰；当Cr3+浓度较低时，发射峰强度随 Cr3+浓度的增加而增强，Cr0.006 0Al1.994 0O3的发射强度达到最大，然后随 Cr3+浓度增加而降低。

研究了三腔复合光力系统中探测场的透射系数和四波混频现象。结果表明：改变两个光学腔之间的耦合强度，可以使光力诱导透明现象发生显著变化。此外，在共振情况下，通过控制两个光学腔之间的耦合强度并改变机械振子的频率，可以对四波混频谱进行调制。通过双场探测手段，利用四波混频谱中的尖峰位置，实现了机械振子振动频率的精确测量。

本文从局域耦合模理论出发，对基于CO₂激光器刻写的强调制少模长周期光纤光栅建立模型，实现了少模光栅调制区域纤芯传导模式间的耦合过程分析。该模型通过引入非对称与角向折射率调制，表征了光栅调制中较强且呈角向的折射率变化，从而获得了更准确的模式耦合系数及传播常数；将模式耦合系数及传播常数代入基模与三阶角向模式之间的耦合方程进行求解，实现了对光栅传输谱的仿真，且仿真结果与实验结果相匹配。最后，通过改变光栅模型的参数（光栅周期、周期数、调制深度），研究了传输谱的变化规律，为设计与制作更高阶模式的强调制少模长周期光纤光栅提供了参考。相比于其他模型，该模型能更准确地分析基于局部高强度激光照射、热处理的强调制长周期光纤光栅的传输谱特性。

六方氮化硼(h-BN)晶格结构是一种类六方对称复式超晶格结构。具有h-BN晶格构型的光子晶体以其宽光子带隙特点受到国内外学者的广泛关注。本文利用不同尺度低压气体放电管与Al2O3介质棒周期性排列，构建了新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体，实现其空间结构和等离子体参数的动态调控。利用微波透射谱对比研究了h-BN型超晶格与简单三角晶格等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目。分析了放电电流、介质棒阵列数对不同频段光子带隙的影响，以及电磁波入射角度对电磁传输特性的影响。结果表明：等离子体的引入不仅能够形成新的光子带隙，而且可以选择性地使部分禁带位置发生移动；相对于简单三角晶格，h-BN型超晶格等离子体光子晶体呈现出更多光子带隙；Al2O3介质棒阵列数对等离子体光子晶体禁带位置、宽度和数目均具有重要影响。电磁波入射角度变化越大，电磁传输特性差别越显著，透射谱相关性越差。本文所设计的新型h-BN型超晶格等离子体光子晶体为制作可调谐光子晶体提供了新的思路，在微波和太赫兹波控制领域具有潜在应用价值。

水体含沙量监测一直是水文观测及水中建设施工的重要观测内容, 实时有效地监测水体含沙量具有重要实际价值。 传统人工测量方法效率低下, 无法实时监测, 基于超声波等仪器监测方法虽可实现水体含沙量的实时测量, 但在安全性、 稳定性和测量范围上各有缺点。 而基于光谱法进行物质含量监测的技术具有快速、 无损、 精确高效等优点, 近年来被广泛应用于各领域, 为水体含沙量在线监测技术提供新的思路与方法。 但直接透射光谱法易受光源的不稳定和外界的杂散光的干扰, 产生光谱噪声, 同时由于仪器设备的光强饱和度, 其测量量程存在限制。 基于此, 重点研究直接透射光谱噪声处理和多段标定技术, 设计了一种基于透射光谱的水体含沙量快速大量程在线监测系统。 首先基于朗伯-比尔基本定律理论分析水体含沙量与透射光强度之间的关系, 然后利用比色皿支架实验室搭建了水体含沙量监测试验系统, 配制不同含沙比例的标准溶液, 进行强度-含沙量实际相关度标定测试。 为克服光谱噪声影响, 采用小波阈值去噪算法对原始透射光谱进行预处理, 使用sym7小波基, 极小极大阈值选择规则和7次小波分解次数, 消除光谱噪声; 设置不同积分时长, 采用多段标定的方式实现了从4%到22%含沙量的大量程测量, 并在算法中实现标定函数与测量量程自动匹配。 结果表明标定曲线R平方值均在0.99以上, 线性度良好, 与理论相符合。 最后对设计的水体含沙量在线监测系统进行实际精度测试, 结果表明在大量程测量范围的测量误差均控制在0.4%以下, 全量程误差均值为0.173%, 误差标准差为0.115%, 可满足工程实际需求。 因此提出一种大量程的水体含沙量在线监测系统, 并试验验证了系统测量准确度, 可以用于水体含沙量实时在线监测。

传统硫系玻璃必须在完全隔氧的环境下进行熔制, 但是微量氧化物对硫系玻璃的具体性能影响仍是一个问题。为了探究微量氧化物对As-Se玻璃中Se-H杂质的影响, 使用SeO2药品对Se原料进行提纯, 通过主动蒸馏法制备了多组玻璃样品, 对比研究其在Ge引入后形成的弱还原条件对SeO2发挥作用的效率变化情况。光谱特性和相关数据表明: 2×10-3的SeO2可以使As2Se3玻璃样品中的Se-H杂质含量在红外透过光谱中没有明显的吸收, 虽然会产生少量的As-O、Se-O等氧杂质; 当SeO2的添加量增加到10-2时, As-O、Se-O等氧杂质的吸收增加。当在主动蒸馏过程中引入Ge单质之后, 需要适当增加SeO2的添加量才能最终降低Se-H杂质的浓度, 相比制备的As2Se3样品, 该Ge-As-Se玻璃样品中的As-O、Se-O氧杂质含量有所减少, Ge-O杂质明显增多。总之, Ge金属的引入会使SeO2的作用效率减弱, 要想玻璃样品的Se-H杂质在红外透过光谱中没有明显的吸收, 则需要更高含量的SeO2进行补偿, 该研究为进一步了解硫系玻璃中的杂质来源和低羟基硫系玻璃光纤的制备提供了一种新的思路。

基于光纤光栅的模式耦合理论, 用传输矩阵法对长短周期级联光纤光栅的传输谱特性进行分析。先由耦合模方程分别得到长周期光纤光栅(LPFG)、连接光纤段和短周期光纤光栅 (FBG)的传输矩阵, 然后将它们相乘得到总的传输矩阵, 最后再结合边界条件求得长短周期级联光纤光栅(CLBG)的传输谱。进一步对CLBG的传输谱进行了数值模拟, 并通过实验进行了验证。实验结果表明, CLBG的传输谱中出现了由纤芯模和包层模耦合形成的两个谐振峰, 与模拟计算的结果一致, 证明了传输矩阵法求解CLBG传输谱的可行性, 为CLBG在多参量传感和测量领域的广泛应用提供了理论支持。

基于表面等离子激元构造了一种边界耦合模式的金属-绝缘体-金属结构滤波器，该滤波器由两个斜对称矩形环谐振腔及波导管所组成，采用有限元法对该滤波器进行仿真计算和分析，得到它的磁场分布图和透射谱线图。结果表明，该滤波器在通带部分的透射率最高可达0.969，阻带部分的透射率最低接近为0，同时还具有通带与阻带较宽、透射谱线平滑的特点。调节结构参数可使得透射谱线图发生红移或蓝移的现象，设置特定的结构参数可以实现在保持第一通信窗口通过的状态下，对第二、三通信窗口的通断进行选择性控制的功能，因此，该滤波器可作为一种带通/带阻滤波器，在高密度集成电路和光纤通信中有着非常重要的应用。另外通过结构的改进并加入电光材料DAST实现了一种电光开关的功能。