超短脉冲的时空特性已经展示了对材料改性的重要影响,在过去十几年迅速成为飞秒激光微加工领域的研究热点。为此,简要从飞秒脉冲时空耦合的基本概念出发,回顾了实验中观察到的时空耦合效应及基于时空耦合的时空聚焦技术,介绍了时空聚焦技术在加工领域的应用,重点讨论了时空耦合对透明材料内部的非互逆性直写及不对称纳米光栅结构的影响。

设计了一种嵌入磁性材料微腔的可调制的PT对称结构。通过传输矩阵法计算结构的传输谱,研究了磁微腔共振对PT对称结构的调制效应,得到一种可被入射角度方向和大小双重调制的增强的非互易带边模式,调制结果是带边模式在左右带边的转换。磁场大小的增加会导致带边模式向高频移动,磁场方向的变化也会引起带边模式在左右带边的转换。

根据磁光非互易相移原理,通过分析硅基磁光波导中导波光模式对磁化强度的敏感性,提出一种CeYIG/Si-CeYIG/SiO2硅基磁光波导结构,仿真分析了其模场分布和有效折射率的磁化强度依赖关系。将两个硅基磁光波导垂直放置并分别组成两个微环谐振器,进而设计出三维磁场传感芯片,通过测量两个微环中TE和TM两种模式下微环谐振波长的移动,可获得磁化强度或磁场的大小和方向信息。研究表明,在1 550 nm波长附近,通过优化波导截面尺寸,在CeYIG饱和磁化范围内,该磁场传感芯片在其法向和切向的磁场灵敏性分别为和,谐振波长的可移动范围约为200 pm。利用平面芯片结构实现了对三维磁场的测量,对三维磁场传感器件的小型化和集成化具有一定的指导意义。

构建了一种介质层与磁性层交替排列的一维磁光光子晶体,结构中间缺陷层采用介质材料。在缺陷层两侧分别施加方向相反的磁场,该结构能实现电磁波的非互易性传输。运用修正后的传输矩阵法计算分析结构的透射谱,研究结果表明,当缺陷层的厚度变化时,在一定的波长范围内,光子晶体光子禁带中会出现多个非互易通道,且缺陷层的厚度越大,相邻通道的间距越小,禁带中所能容纳的通道数目越多。当缺陷层厚度为7500 nm时,光子禁带中非互易通道数可达7。所设计的光子晶体结构有望用来制作多通道光隔离器,在密集波分复用光通信技术以及集成光路等领域得到应用。

介绍飞秒激光时空聚焦技术的基本原理，回顾了该技术在改善飞秒激光加工的分辨率、抑制加工过程中的非线性效应以及提高材料加工质量等方面的应用。重点讨论了脉冲前沿倾斜(PFT)、光强平面倾斜等时空聚焦飞秒激光脉冲的独特光场特性及其对材料加工产生的影响。介绍了时空聚焦技术在强场物理领域中的应用，并对该技术的适用范围进行了讨论。最后对该技术的特点和应用进行总结，并指明了未来的研究方向。

通过创建超声频率与衍射效率的动态方程，分析了声光器件在不同射频驱动频率下衍射效率的分布情况，并给出相应表达式.提出了在100 MHz射频处也存在与高于1 GHz处类似非互易现象.进一步通过比例系数δF/ΔF的引入，在此基础上分别利用波长532 nm和632.8 nm激光器，在二氧化碲晶体中进行非互易效应实验.实验得到传输带宽改变达到总衍射带宽的50%～60%，与理论计算值基本吻合.研究结果表明，实际中可将非互易效应大规模应用于包括定向耦合器(光路由器)在内的光电器件的开发.