提出了一种双谐振腔模式的磁光力学系统。在该系统中，左右两个光学谐振腔均由能量低的探测场和能量高的泵浦场驱动，其中左侧谐振腔存在机械振动模且与一个磁振子（钇铁石榴石小球）耦合，两个谐振腔的光场之间存在耦合。通过控制该系统中两侧探测场强度的比值、磁振子与腔光子之间的耦合强度、磁振子与机械振子之间的耦合强度以及左右两个谐振腔之间的耦合强度，光力系统会出现模式分裂、完美量子相长相干、完美量子相消相干、磁振子能量的吸收等现象。该系统中左右两个谐振腔之间的耦合起着关键作用，提供了一个量子通道并影响透明窗口的峰值。通过研究和操纵该系统中的参数，实现了对输出场的有效调控。研究结果在量子光学以及光子信息网络构建中有一定的应用前景。

基于非线性薛定谔方程,研究了具有光格子的局域非线性介质中存在的单通道和多通道多极格子孤子的光场分布、稳定性和动力学行为。研究发现,系统中存在同相和反相2种类型的多通道多极格子孤子;在单通道情形下,只存在反相多极格子孤子,同相的多极格子孤子不存在;在3种类型的格子中,同相多极格子孤子的稳定性最差,而多通道反相多极格子孤子的稳定性最高。在撤去光格子的情况下,3类格子孤子呈现出不同的动力学行为。同相多极格子孤子分裂成相应数目的光束后,或合并成1个光束、或能量重新分配、或周期性碰撞。而反相多极格子孤子分裂后,光束相互排斥,2个边带光束沿直线路径向前传输,且轨迹与原传播方向的夹角相等;在传播常数较小时,可能会出现光束弥散。这些性质对全光路由、全光开关等全光控制技术的研究有一定的参考作用。

增益媒质因其优良的放大特性和广阔的应用前景吸引了国内外学者的广泛关注, 然而, 激发增益媒质补偿欧姆损耗需要较强的外部能量, 极大地限制了增益媒质的发展前景。本文使用辅助位微分方程的时域有限差分方法研究了麦克斯韦方程与半经典的电子速率方程相耦合的自洽仿真过程, 并基于四能级原子系统描述的增益媒质和异常光传输现象间的耦合机制, 提出了一种新颖的含亚波长周期裂缝的增益/金属/增益纳米阵列结构。研究结果表明, 本文提出的纳米结构可以使用较低外部能量实现完全补偿欧姆损耗的目的。该结果对深入了解纳米结构和增益媒质之间的相互作用有着重要的意义。

提出了一种实现动态目标散射成像的方法。通过四步相移干涉法测量得到光学传输矩阵,数值仿真了相位共轭、Tikhnov正则化和全变分最小化三种重建算法对透过散射介质的不同动态目标的跟踪与重建,并搭建实验装置,验证了此方法的可行性,分析比较了三种算法的重建能力。结果表明,全变分最小化算法的重建效果最好。该方法为生物医学领域中透过散射介质对动态目标成像提供了新思路。

基于光学传输矩阵实现透过散射介质进行聚焦和成像是近年来光学领域的研究热点。为了测量得到散射介质的光学传输矩阵，并利用光学传输矩阵研究散射介质的特殊性质，首先结合三步相移干涉法测量磨砂玻璃的光学传输矩阵，分析哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的特征值分布特点，然后基于笛卡尔基下的光学传输矩阵以及相位共轭的思想，实现透过散射介质的单点聚焦和多点聚焦，验证散射介质的聚焦点可控特性; 研究相机处于不同位置时透过散射介质的聚焦性质，测量光学系统的焦深; 基于聚焦点可控性质及光学系统焦深，验证系统中磨砂玻璃的类透镜性质。结果表明：三步相移干涉法测量散射介质光学传输矩阵的测量时间短，聚焦的增强因子较高; 哈达玛基和笛卡尔基下光学传输矩阵的实部和虚部的特征值分布均服从高斯分布，与理论结果比较符合，验证了三步相移干涉法对散射介质光学传输矩阵测量的正确性; 所述系统的可聚焦焦深较长，且在焦深范围内均可实现单点聚焦和多点聚焦。

采用新型特殊设计的光学传输部件，将外部照明光源导入待测管道内部，同时将管道内壁图像导出，突破了传感器内置的传统工作模式，实现了测量传感器外置，满足了微细管道管内空间狭小的应用需求。同时，结合工业机器人运动平台，进一步构建了柔性在线测量系统，满足了不同工件中不同位姿分布的微细管道柔性测量需要。根据应用要求，首先在前期研究工作分析的基础上，完善了测量系统方案设计; 对系统工作流程及核心问题进行了分析，并针对系统构建中的对准问题进行了重点研究，提出了一种新颖、合理的对准方法; 基于构建的测量系统，针对10 mm孔径管道内壁上0.6 mm、1.0 mm和2.0 mm的模拟圆孔缺陷进行了测量实验。实验结果表明，三种缺陷测量结果的标准差均小于0.01 mm，可以实现微细管道内壁缺陷的柔性、在线测量。

针对数字式二维转镜在光学转像时产生的转角值与实际像移不一致的问题,提出了一种运用光学矩阵修正读数误差的方法。根据二维转台对准读数检测原理建立数学模型,得出修正后的出射光线的俯仰角及方位角。为了验证上述模型的正确性,采用高精度经纬仪对修正后的出射光线方向进行校对。经实验对比,该方法在不提高加工安装精度的情况下修正了二维转镜的读数误差,其精度达到4″。

通过时域有限差分方法(FDTD)计算了核壳结构胶体光子晶体的光学传输特性.这一核壳结构是由低介电的Fe3O4核与高介电的TiO2壳构成的.计算结果表明, 阻带的行为受到材料介电常数和核壳比的调控.随着材料介电常数的增加, 阻带不断红移, 并且带宽不断增大.当核壳结构的整体尺寸一定时, 随着核直径的增大, 阻带不断蓝移, 并且在核壳结构直径与核直径之比为150nm∶130nm时, 带宽最大, 达到33.4%; 当核尺寸一定时, 随着核壳结构整体尺寸的增大, 阻带红移.在Fe3O4@TiO2核壳结构中, 能够出现阻带的TiO2壳层的最小厚度是3nm.