光子晶体是由介电材料周期排列构成的人工微结构,在集成光电子学、微纳光子学等领域具有广阔的应用前景。本文对多光束全息干涉法制作复式光子晶体进行了理论和数值研究,根据多光束干涉原理给出了一种复式光子晶体的光束配置,并编写了MATLAB仿真程序,仿真结果与理论预测符合得很好。在此基础上,研究了单束、两束、三束以及四束光的不同偏振组合对复式光子晶体元胞的影响规律。研究结果表明,光束偏振组合对元胞的影响十分显著,在不同的偏振组合条件下可以获得双水滴状、双圆形等各种元胞形状;当所有光束同为线偏振时,复式光子晶体具有最佳的对比度。此外,本文还探讨了入射光初相位的变化对复式光子晶体元胞的影响。研究结果对于设计具有各种元胞形状的复式光子晶体具有指导意义,并可用于物理实验教学。

针对多级合成结构, 分析了几个主要误差对偏振合成效率的影响, 具体计算了合成效率随直径偏差、功率失衡、偏振度的变化规律。数值模拟结果表明, 当两束光直径与功率完全相同时具有最大的合成效率, 随着两束光直径和功率的偏差增大合成效率都会降低, 相对而言合成效率对功率失衡的容差更大, 当功率失衡为10%时, 合成效率下降0.06%。结果表明I型结构具备向多链路拓展的可行性。

为了进一步提高相干偏振合成的效率, 采用数值模拟方式, 对偏振误差的影响及系统的拓展性进行了分析, 并计算了偏振误差在3种不同拓展结构下对相干偏振合成效率的影响。当偏振合束器的透过率和反射率分别是96%和99.5%、半波片的透过率是99.7%时, Y型结构16路光束的整体合成效率会在偏振误差增大到0.03rad时下降0.33%; 随着合成路数的增大, 合成效率逐渐降低, 当光束拓展至128路时, Y型结构的合成效率将下降至83%。结果表明, 光功率相对平衡的Y型结构具有最高的合成效率, 同时受偏振误差的影响最小。该研究确定了系统的最佳合成方案, 为基于相干偏振合成的效率分析提供了参考。

为了解决高功率线偏振激光器实现难度较大的问题，基于锥棱镜和波片组合设计了一套高效末端偏振转换系统，能够实时将自然偏振激光转变成为线偏振激光。能量转换效率达到97.3%，消光比由18.3%提升到了99%，同时保持了较好的远场发散角。实验证明此种偏振转换方案不会影响激光器本身结构，控制方法简单，无需外加反馈及控制系统，性能稳定可靠，完全可以应用于高功率水平激光器的偏振转换工作。

光子晶体是类比固体晶格制作的新型人工材料,激光全息法是制作光子晶体的重要方法之一,光束偏振在其中起到关键作用.从多光束干涉原理出发,以斜方光子晶体为例探讨了其全息制作的设计思路及光束构型.进而结合计算机模拟,系统研究了线偏振、圆偏振、椭圆偏振等不同偏振组合对“原子”的影响,发现偏振组合和光强比对“原子”形状、取向和位置存在显著影响.进一步设计实验进行验证,结合计算机实时监控调节各光束的偏振和光强,获得了不同偏振组合和光强比下的多种光子晶体结构,发现实验结果与理论预测、数值模拟均符合得很好.该研究不仅有助于提高特定“原子”光子晶体的设计效率,而且可有效降低偏振操控的盲目性,提高实验效率.

相移雅满横向剪切干涉仪非常适合于达到衍射极限的光束的波面检测。为了改进现有的在两路剪切光束中直接插入起偏器的相移雅满剪切干涉仪，提出了一种基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪。该剪切干涉仪利用雅满平板前后表面的反射进行分束并形成两路干涉光束，两路干涉光束分别通过剪切平板后偏振合束并进行偏振移相。它保持了常规雅满剪切干涉仪的光路结构，提高了剪切干涉图的对比度，不再存在插入起偏器引入测量误差的问题。构建了改进前、后的两种相移雅满双剪切干涉仪，并进行了相应的对比实验，实验结果很好地验证了基于偏振合束的相移雅满剪切干涉仪的实用性。

由于单管半导体激光器比半导体激光线阵、叠阵具有更好的光束质量及散热特性，因此更适用于光电干扰光源。针对于电荷耦合器件(CCD)光谱响应曲线特征，采用808 nm单管半导体激光器为光源，将24只单管半导体激光器分组集成，通过空间合束和偏振合束以提高其输出功率密度，采用自行设计的光学系统对光束进行扩束聚焦，耦合进芯径为300 μm，数值孔径0.22的光纤中，所有激光器都采用串联方式，在8.5 A电流下通过光纤输出功率为162 W，耦合效率达到84%。

描述了偏振光束相干合成的原理和过程，分析了光束参数、相位差和振幅比变化、光束重合度以及平行度等参数对合成效率的影响，讨论了实施合成的实验参数及方法。结果表明，相对于强度变化，相位差的变化对合成效率的影响是主要的；重合度误差的影响相对较小，在实验的精度内（重合度<2.5%）完全可以忽略；平行度使合成效率发生了最显著的降低。分析认为，大尺寸的光束合成可以有效减少平行度引起的合成损耗，光束直径为8 mm并通过等厚干涉判断光束重合时，受重合度影响的合成效率大于95%。此外，等强度合成是获得最大合成强度、简化实验的最佳合成方式。