硅基集成光子器件具有体积小、集成度高的突出优势, 在光通信、数据中心光互连等领域具有广阔应用前景。然而, 硅基波导耦合器件尺寸相对较大、工作带宽和工艺容差受限。硅基多模路由光子器件设计还面临挑战。文章介绍了近年来发展起来的两种硅基集成光子器件先进设计方法: 绝热捷径法和变换光学方法, 简要阐述其物理原理, 并展示在硅基集成光子器件设计中的典型应用。

基于较简单的物理模型和矩阵光学方法, 推导了激光发射光学系统发射平面波、球面波和高斯光束的调焦公式, 并计算分析三种波的聚焦特性: 平面波调焦时, 随着调焦量绝对值减小, 聚焦距离增大, 当调焦量靠近零时, 聚焦距离增加的速度较快; 球面波调焦时, 存在聚焦距离为无穷大的准直发射状态, 若调焦量逾越该状态对应的值后, 则发射光束成为发散光束, 同时, 随着入射球面波的曲率中心距次镜的距离增大时, 准直发射状态对应的调焦量右移趋近于零; 高斯光束调焦时, 在相同调焦量下, 高斯光束的束腰位置与平面波焦点位置在远距离上存在明显的差距, 可以通过增加入射高斯光束的束腰宽度、增加激光发射光学系统的扩束比、选用波长更短的光束来减小这种差距。

根据工程实践中大型结构三维角度变形的产生原因和测量需要, 对目前能实际应用到工程场合的光学小角度测量方法的研究现状进行了叙述和分析, 着重介绍了自准直法, 偏振光法、光源靶标法、莫尔条纹法、像形畸变法、摄影摄像测量法等, 对比各方法的特点, 探讨了光学三维角度变形测量技术面临的问题和未来的发展趋势。

利用射频磁控溅射方法在蓝宝石衬底上制备了氧化钒薄膜，X射线衍射的测量结果表明薄膜的主要成分是多晶二氧化钒.实现了二氧化钒薄膜半导体金属相变过程的电阻和五个不同波长下薄膜反射率的同步测量.实验结果表明，电学和光学测量都在相变过程中出现回滞曲线，但是二者的表现形式有明显差别.当用光学方法探测时，同一次相变过程中不同区域的反射率曲线几乎完全重合，证明了薄膜样品的均匀性.

大气压放电等离子体柱在飞行器隐身技术方面具有非常重要的应用。 利用同轴介质阻挡放电水电极装置, 大气压下在氩气中放电产生了长达65 cm的均匀等离子体柱。 利用光学方法研究了等离子体柱的放电机理为发光子弹传播。 通过测量发现该子弹的传播速度约为0.6×105 m·s-1。 采用发射光谱法测量了等离子体柱的发射光谱中谱线强度比随外加电压和驱动频率的变化关系, 其相对强度之比表征了电子平均能量。 结果表明电子平均能量随外加电压和驱动频率的增加而增加。 本工作对大气压下气体放电的工业应用具有一定的意义, 在**飞行器隐身方面具有广阔的应用前景。

分析了光纤制造中产生折射率中心凹陷的原因，建立了折射率中心凹陷GIF (渐变折射率光纤)模型，应用射线光学方法得出了光纤传输的时间延迟、自聚焦周期的表达式，数值模拟了中心凹陷GIF的自聚焦周期和时间延迟。仿真结果表明: 随着凹陷宽度和凹陷深度的增大，GIF中光束的自聚焦效应变差，时间延迟差增大。

近年来量子随机行走相关课题因其非经典的特性，已经成为越来越多科研人员的研究热点。这篇文章中我们回顾了一维经典随机行走和一维量子随机行走模型，并且在分析两种二维经典随机行走模型的基础上，我们构建二维量子随机行走模型。通过对随机行走者的位置分布标准差的计算，我们可以证明基于这种二维量子随机行走模型的算法优于其他上述随机行走。除此之外，我们提出一个利用线性光学方法的实验方案，实现这种二维量子随机行走模型。

将T矩阵方法与几何光学方法相结合，精确计算了从太阳短波到红外谱段具有一定形状分布和谱分布的非球形沙尘粒子的光学特性，并与等体积球形沙尘的光学特性进行了比较。结果表明：1)相比沙尘粒径大小分布对沙尘气溶胶消光效率因子，单次散射反照率以及不对称因子的影响，沙尘形状对上述参数的影响明显偏小；2)非球形与球形沙尘粒子的相函数在短波区存在显著差异，这种差异在卫星探测常用的可见光区达到最大，并且随着散射角的变化具有一定的规律；3)在短波区，雷达方程中的消光后向散射比受沙尘形状的影响比较显著，因此在利用雷达方程反演沙尘气溶胶光学厚度时应考虑非球形效应。

采用数值方法分析研究强激光束在对流风作用下的热晕效应。湍流数值模拟采用雷诺平均及大涡模拟(RANS/LES)混合方法,即脱体涡方法，同时耦合J-B模型，而利用双时间步进行非定常问题迭代求解；光在流场和自由空间的传输计算采用波动光学方法，并根据远场光斑分布情况进行定性与定量分析。研究考察了0.1 MW功率、0.1 m口径的Gauss光束在1,5和10 m/s对流风作用下的热晕效应。结果表明,对流风作用下的热晕效应是非定常作用过程；对流风速度越低，激光热晕效应越强，其中1 m/s的热晕效应最强，其远场光斑畸变最严重；对流风速度越低，热晕效应非定常作用特性越明显，尤其1m/s的热晕效应在5 s观察时间内仍在发展变化，而5 m/s和10 m/s的热晕效应在3 s以后已趋于稳定。

为了适应CO₂激光器小型化的趋势和降低生产成本的要求,基于矩阵光学理论,提出并研究将众多根放电管轴对称平行安排,由紧凑的轴对称四镜腔提取激光的方案,并对谐振腔的传输特性和输出特性进行了分析和模拟。分析表明:在近场范围内,输出光束为多支靠得极近的光束并在放电管数量众多时可为一环形光束;在远场,输出光束合并为一条光束。