间接式X射线探测器（IXD）的性能随着医学诊断、工业无损检测、安全监测以及科学研究等领域对成像要求的逐步提高而得到不断提升，进而推动了低辐射剂量、高分辨率、快速实时X射线成像探测技术的进一步发展。闪烁屏和图像传感器作为IXD的核心器件，伴随着闪烁体材料、半导体制造工艺和集成电路技术的进步得到了快速发展。为实现图像在闪烁屏和图像传感器间进行有效传输，通常采取3种耦合方式：光纤耦合、光学透镜耦合和直接耦合。本文主要介绍了闪烁屏和图像传感器的研究进展以及3种耦合方式的结构和特点，并对IXD未来发展的趋势进行了展望。

磁四极跃迁1S0-3P2是镱原子的一个重要跃迁, 为了利用该跃迁研究超出标准模型的新物理, 需要利用507 nm激光实现该跃迁的直接激发。本文基于光纤耦合与单透镜耦合两种方式在波导型周期性极化铌酸锂中实现了1 014 nm激光到507 nm激光的倍频转换。通过测量倍频光功率随晶体温度的变化曲线研究了晶体的光学不均匀性; 依据倍频光功率与基频光功率的关系研究了耦合透镜焦距对倍频转换的影响; 实验显示, 21 mW 1 014 nm激光经光纤耦合入射铌酸锂晶体后得到316 μW的507 nm激光输出, 且透镜耦合中随着耦合透镜焦距的减小倍频光输出功率逐渐增加。

以波长分别为633 nm和1319 nm的激光为例研究了激光耦合共焦系统。 为满足两种波长的激光合束聚焦后的会聚角小于10°的设计要求, 提出了两种解决思路:一是用反射镜和二向色镜 使双波长激光实现共光路,然后经离轴抛物面反射实现共焦;二是用透镜组耦合的方法把双波长激光分别耦合进二 合一合束器,合束器采用单模光纤,其芯径为9 μm, 数值孔径(NA)为0.14, 根据光纤和激光器参数设计耦合透镜组。 综合考虑采用第二种方法进行实验,给出实验方法及测量结果,并计算出两种波长激光各自的耦合效率。实验结果 表明:光纤耦合器耦合法能实现双波长激光合束,并且耦合效率较高,输入波长为633 nm、1319 nm时系统的耦合效率分别大于40%、30%, 实验结果满足设计要求,达到了预期效果。

空间散射光到光纤的耦合在许多领域都得到广泛的应用。然而，当被测物体较大时，如何有效地将空间散射光有效地耦合到光纤的研究还较少。耦合效率和接收视场是空间散射光耦合到光纤接收装置的两个重要的特性参数。文中通过理论分析和软件仿真，分析了在径向移动、轴线移动和不同入射角的情况下，改写耦合效率的变换，比较了在满足一定的耦合效率时，光纤接收装置的几种透镜耦合方式接收视场的大小。最后，通过实验对仿真内容进行了验证。

传统的可溯源热电偶动态校准系统采用CO2 激光器作为光源，存在着光路调节不便、激光光斑能量分布不均匀的特点，无法保证传感器均匀加热。半导体激光器的光源具有输出光斑能量稳定、均匀、发散角较大的特点。利用Zemax 软件对光路进行优化设计，选取合适的光纤和透镜进行耦合，精简了可溯源热电偶动态校准的光路设计，使激光光路调控更加方便，保证了热电偶的均匀加热。实验结果表明：这种设计大大降低了光路调节难度，提高了激光的利用率，为热电偶的动态校准提供高质量的激光光源。

文章在设计低损耗太赫兹光子晶体光纤的基础上, 利用光学设计软件Zemax设计了一种焦距为24.80 mm、厚度为2.00 mm、有效孔径为6.25 mm的Topas COC(环烯烃共聚物)太赫兹单透镜。该透镜能有效提高太赫兹光束与波导的耦合, 耦合效率可达75.01%。运用Zemax和Matlab软件分析了太赫兹波导与耦合系统在对接出现误差情况下对耦合效率的影响, 并分别给出了存在横向偏差与角度偏差情况下的耦合效率变化曲线。研究结果可为太赫兹传输技术提供理论参考。

为了实现2μm激光高效输出, 采用793nm激光二极管端面抽运掺Tm3+光纤激光器的方法设计了抽运光耦合系统, 分析了掺Tm3+光纤激光器的交叉弛豫效应及热效应, 并进行了相关的实验研究。结果表明, 获得耦合系统的耦合效率为84%; 当入纤抽运光功率为70W时, 获得34W激光输出, 斜率效率为59%, 中心波长为2001.2nm, 光束质量M2≤1.2。该研究结果对掺Tm3+光纤激光器的设计具有指导意义。

基于不失调透镜系统对高斯光束的变换机理，提出并分析了一种低损耗、高强度连接光子晶体光纤（PCF）的透镜耦合方法。与熔接法相比，该方法可实现各类PCF之间以及PCF与普通光纤之间的有效模式转换，并连接因热膨胀系数极其不同而无法拼接或熔接的光纤。在此基础上，搭建了相应的PCF透镜耦合连接及特性测试实验台，实现了单模PCF和常规G.652光纤之间以及保偏PCF和常规G.652光纤之间的高重复性、高强度连接，连接损耗均值分别为0.4 dB和0.65 dB，并对实验结果进行了误差分析，提出了存在的问题及改进设想。

为了研究半导体激光器与单模光纤在采用球透镜耦合方式的封装过程中不同耦合参量对耦合效率的影响，建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型。基于ABCD矩阵和高斯光束与单模光纤耦合理论，计算了半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合效率，以光功率下降0.5dB为评判标准，给出了在透镜半径为0.5mm时的各参量容忍度。采用蒙特卡洛分析方法，结合耦合效率计算模型，模拟仿真了各参量满足正态分布时的耦合效率分布状况。结果表明，能达到的最大耦合效率为0.616，最大概率耦合效率为0.585，参量区间缩小一半对耦合效率的提升较明显，但进一步缩小参量区间对耦合效率的提升不明显。此研究方法对激光器件封装过程中的对准单元精度选取与耦合效率预估具有指导意义。

分析了基模高斯激光束到单模和多模光纤的单透镜耦合过程中的各种损耗,把多模光纤的光场用高斯分布近似,采用模场耦合理论计算了基模高斯光束到单模和多模光纤的单透镜耦合效率。模拟计算了当激光-光纤耦合系统的工程参数(光束束宽、光纤数值孔径和光纤的纤芯芯径)一定时,单透镜耦合效率与所选用透镜的焦距之间的关系。并利用532nm激光(M²≤1.05)在几种不同焦距的透镜下对纤芯直径为3.5μm的单模光纤和25μm的多模光纤进行了耦合效率的测定实验,得到了与理论计算基本吻合的实验结果。