利用飞秒激光相位掩模加工方法制造光纤布拉格光栅（FBG），并研究了激光能量和曝光时间对FBG波长、反射率和带宽的影响规律。研究发现，随着曝光时间的增加，光纤的折射率调制量逐渐变大，耦合效率增大，反射率逐渐变大。当光纤耦合效率达到饱和时，反射率保持不变；当过曝光时，反射率轻微减小，光纤的平均有效折射率和折射率调制深度均变大，带宽增大。随着激光能量的增大，达到最大反射率所需要的曝光时间缩短，且FBG波长的红移量越多，带宽就越大。过大的激光能量会使平均有效折射率和折射率调制深度变大，从而导致FBG主谐振峰两边的旁瓣增多，影响光谱质量。另外，短波方向旁瓣的振荡比较显著，而长波方向则比较平顺。因此，在实际加工中需要选择合适的激光曝光能量和曝光时间。实验获得的最大FBG反射强度达到15 dB，且其光谱变化和理论分析一致。该研究为高质量FBG的制造和光谱特性优化提供了实验依据。

短波红外波段具备全天时、全天候成像的优良潜力，借助焦平面探测阵列在现代社会发挥着日益重要的作用。为了解决短波红外成像系统的离焦问题以提升平台适用性，将波前编码技术引入短波红外波段。针对无法配置调焦机构的轻小型短波红外成像系统，在光瞳位置放置三次方型相位板扩展景深。将相位板参数转换为径向坐标系数，利用调制传递函数一致性和图像可恢复性优化该系数。利用640 pixel×512 pixel的短波红外图像仿真波前编码成像性能，通过Lucy-Richardson经典算法还原中间模糊图像。光学设计和图像仿真结果表明，波前编码系统至少在±20倍景深范围内能够有效降低系统对离焦的敏感性，复原图像峰值信噪比最高可达38.5038 dB。

为获得较大展宽量的光纤器件,在相位掩模版刻写技术的基础上设计并制作了两种啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)展宽器。基于相位掩模版刻写技术的原理和CFBG的色散补偿理论,提出了两种展宽器的制作方法,并优化了刻写光路,获得了高反射率、大反射带宽的CFBG。通过拉力传感器控制CFBG的反射谐振波长,通过改进刻写方式制作了大色散量的CFBG级联展宽器和大反射带宽的CFBG串联展宽器。搭建了两种展宽器的测试光源,通过直接测量的方式得到CFBG级联展宽器所提供的展宽量约为345 ps,这与理论结果相符;通过正、反接的方式间接推算了CFBG串联展宽器所提供的展宽量约为278.7 ps,这小于理论结果。

为了探索采用常规单模光纤制备弱反射光纤光栅的可行性, 以降低材料成本和传输损耗, 基于相位掩模板法, 在常规单模光纤上刻制弱反射光纤布喇格光栅(WFBG), 并进行了实验验证。建立相位掩模板刻栅系统光场统一方程, 分析光场分布对光纤布喇格光栅(FBG)中心波长和反射率的影响; 采用传输矩阵法分析相位掩模板长度、平均折射率变化对FBG反射率和3dB带宽的影响, 为WFBG刻制提供理论依据。采用248nm紫外准分子激光器在常规单模光纤上刻制WFBG, 分析相位掩模板长度、曝光能量、曝光频率, 曝光次数对WFBG中心波长、反射率和3dB带宽的影响, 制备出反射率和3dB带宽分别约为0.0016, 0.10nm和0.00006, 0.34nm两种窄宽的WFBG。结果表明, 基于相位掩模板法由紫外准分子激光对常规单模光纤多脉冲曝光, 能够稳定刻制WFBG。该研究对WFBG制备的材料选型提供了参考。

To generate optical vortex with multiple topological charges, a simple scheme based on the phase mask shaping technique is proposed and applied in a seeded free electron laser. With a tailored phase mask, an extreme-ultraviolet (EUV) vortex with multiple topological charges can be produced. To prove the feasibility of this method, an eight-step phase mask is designed to shape the seed laser. The simulation results demonstrate that 100-MW, fully coherent EUV vortex pulses with topological charge 2 can be generated based on the proposed technique. We have also demonstrated the possibility of generating higher topological charges by using a phase mask with more steps.

利用严格耦合波理论分析了用于520 nm波长飞秒激光制备光纤光栅的相位掩模的衍射特性, 当相位掩模是矩形槽形时, 占宽比在0.32~0.43之间, 槽形深度在0.57~0.67 μm之间时, 能够保证零级衍射效率抑制在2%以内, 同时±1级的衍射效率大于35%。在此基础上, 利用全息光刻-离子束刻蚀技术, 制作了用于520 nm波长飞秒激光的周期为1 067 nm、有效面积大于40 mm×30 mm的相位掩模。实际制作的相位掩模是梯形槽形, 槽深是0.665 μm, 分析了梯形槽形中梯形角对衍射效率的影响。实验测量表明, 该相位掩模的零级衍射效率小于2%, ±1级衍射效率大于40%,满足飞秒激光制作光纤光栅的需要。

提出了一种基于矢量分解和混沌随机相位掩模编码的光学非对称彩色图像加密方法。当输入图像是一幅实值图像时,矢量分解的引入使得第一块相位掩模也能作为密钥,进而使得加密系统成为非对称加密系统。用二维Henon混沌映射生成的两个混沌相位掩模替代双随机相位掩模,将混沌系统的初始值和控制参数作为密钥,增加密钥空间,为加密系统提供更多的安全性。对加密系统的密钥敏感性、图像相邻像素间的相关性、抗剪切攻击性、抗噪声攻击性、抗选择明文攻击性等进行测试,测试结果证明了所提加密系统的可行性和安全性。

针对联合变换相关器(JTC)多图像加密系统对于加、解密灰度图像时, 解密图像质量不理想的问题, 利用前期提出的一种灰度图像二值编码方法, 设计了一种基于灰度图像二值编码的JTC多图像加密系统。该系统将灰度多图像的加、解密问题转化为二值多图像的加、解密问题, 可有效抑制加、解密过程中产生的非饱和噪音, 提高图像解密质量。仿真结果表明, 相同条件下在基于螺旋相位模板拓扑荷数复用的JTC多图像加密系统中使用灰度图像的二值编码图像进行加、解密相对于直接加、解密灰度图像, 其相关系数值有显著提升, 再使用中值滤波抑制解密图像中的饱和噪音, 可进一步提高解密图像质量。

为了通过遮挡法实现不同耦合系数π相移光纤光栅制作, 分析了刻制过程中的相移形成原理, 提出通过调整遮挡区长度和π相移周期次数控制π相移光纤光栅耦合系数的方法.采用传输矩阵法对刻制相移光纤光栅过程中的透射谱变化进行仿真计算, 分析了不同光栅条纹可见度下遮挡区长度对相移光纤光栅透射谱的影响.基于不同遮挡区长度进行了相移光纤光栅制作实验, 结果表明：通过调整遮挡区长度和π相移出现次数能够实现对相移光纤光栅耦合系数的有效控制.