以基于猫眼效应的逆向调制激光通信为应用背景,将猫眼镜头的角失调量转化为线失调量,在柯林斯(Collins)衍射公式的基础上建立了大视场猫眼回波功率分布模型。仿真分析了离焦量、入射角、猫眼口径和焦距对回波功率分布的影响及猫眼回波光束的原路返回特性,并进行了实验验证。结果表明:入射角越大,回波光斑的面积越小,衍射越强烈,且相同入射角下,猫眼的口径越大,焦距越小,回波光斑受入射角的影响就越小;同等离焦量下正离焦回波光斑的发散角小于负离焦;猫眼回波的中心偏移量与入射角和离焦量呈线性关系,且存在一个正离焦量值使回波光束能够原路返回。

基于等效介质理论和多层衍射元件的本体相位延迟,考虑增透膜相位调制的影响,对多层衍射光学元件的表面微结构参数进行优化;采用优化设计方法分析应用于可见光波段镀有增透膜的多层衍射光学元件。结果表明:优化设计方法在保证增透膜物理作用的前提下,实现了在设计波长处的衍射效率为100%以及在宽波段内具有高多色光积分衍射效率;该方法弥补了传统多层衍射光学元件的设计缺陷,完善了多层衍射光学元件的设计理论,为混合成像系统的设计提供了参考。

针对目前基于弹光调制器(photoelastic modulator,PEM)的傅里叶变换光谱测量技术(PEM-FTS)的光谱分辨率低,并且PEM调制光程差有限、多次反射对入射光斑大小要求高且光能利用率低等缺点.提出一种基于微梯形八角结构弹光晶体的大光程差PEM方法.通过改进弹光晶体结构,使其为微梯形八角结构,两个通光面略微成一定夹角,该结构PEM不仅可以有效提高PEM调制的最大光程差,而且对入射光斑要求较小.理论推导分析了该PEM的最大调制光程差,并推导得出任意角、任意位置入射时PEM的最大调制光程差公式;通过多物理场耦合仿真软件COMSOL Multiphysics 4.3a对PEM的振动模态和应力分布进行分析;结合PEM的最大调制光程差和光能利用率,分析了寻找最佳入射角的方法.设计加工该PEM,其中弹光晶体选用硒化锌晶体,压电晶体选用压电石英晶体.采用波长为632.8 nm的氦氖激光进行实验分析,实验结果显示,在相同驱动电压下,该PEM的最大调制光程差是普通PEM的19.25倍,与理论仿真的相对误差为1.3%.

在大数值孔径深紫外光学系统中，需要使用宽入射角范围的增透膜光学元件。选择 LaF3和 MgF2两种镀膜材料，设计了适用于深紫外宽入射角范围的三层、五层和七层三种增透膜系。实验使用热舟蒸发在熔融石英基底上镀制了设计的薄膜，并用紫外分光光度计对其光谱性能进行了测试，得到了在宽入射角范围内具有较高透过率的深紫外增透膜元件。双面镀五层增透膜系的熔石英基片在 0°～55°入射角内的剩余反射率小于 2.5%，在 0°～20°入射角内的透过率大于 98%。

介绍了光纤氢传感器的应用背景和工作原理，分析了其中的微镜式传感器。针对在垂直入射、单次反射方式下工作的微镜式光纤氢传感器，提出了多次反射的传感器模型。从金属光反射模型出发，研究了入射角、反射次数对探测灵敏度的影响。论证了通过多次反射来提高传感器探测灵敏度的可行性。