逆康普顿散射源是利用高能电子束和强激光对撞产生高能辐射的光源。传统电子加速器作为电子源的逆康普顿散射源体积庞大，难以推广。而新型的激光等离子体电子加速器具有更高的加速梯度，具备小型化的发展潜力。全光逆康普顿散射源就是一种基于激光等离子体电子加速器实现的小型化高能辐射源，具有更短脉宽、更高亮度的辐射输出，应用前景十分广阔。首先，总结了全光逆康普顿散射源在提高亮度、能量和单能性等方面的优化研究进展，并分析了设计重点；最后，介绍了全光逆康普顿散射源在基础科学研究、工业和生物医学领域的典型应用。

光学感前计算是一种在光电传感器前端的光学域进行信息计算处理的技术，包括编码压缩、全光智能推理等计算范式，具有传输即计算、结构即功能等显著特点，在卫星光学遥感领域有着广泛的应用前景。首先对用于感前计算的光场调制器件进行介绍，包括数字微镜器件（DMD）、液晶空间光调制器（LC-SLM）、衍射光学元件（DOE）及超表面等。然后分别梳理了感前编码压缩及全光智能推理的相关技术发展，在此基础上，着重讨论光学感前计算在卫星遥感领域的应用途径和未来发展趋势。

提出了一种基于激光诱导石墨烯（LIG）的二氧化硅回音壁微球腔全光调谐方法。利用二氧化碳激光器碳化聚酰亚胺（PI）薄膜生成LIG，使用980 nm激光对LIG表面进行光激励，研究了微腔的透射光谱和反射光谱。结果表明：回音壁微腔的品质因子Q值在调谐全过程中保持在108左右，调谐范围约为1.09 nm，灵敏度约为8.8 pm/mW，实现了基于LIG的二氧化硅回音壁微球腔无损Q值的全光调谐。该全光调谐方法具有无机械干扰、保持超高Q值、调谐范围宽等优点，扩展了全光调谐在腔量子动力学、非线性光学、低阈值激光等方面应用。

许多幅度再生方案可用马赫‐曾德尔干涉仪（MZI）结构进行建模。研究级联光学相位共轭器（OPC）的MZI（OPC‐MZI）再生方案，以实现近乎理想的相位保持再生。通过分析整个级联系统的功率和相位转移特性，优化设计了满足需求的硅基MZI再生芯片单元。采用正交相移键控（QPSK）调制信号仿真验证了OPC‐MZI再生方案的可行性。仿真结果表明：当输入信噪比为16 dB时，与单级MZI再生芯片相比，OPC‐MZI再生方案的噪声抑制比（NRR）可提高1 dB，相位扰动也由5.7°降至0.07°。

不经过光电转换的全光相位调制是实现无电中继的相干通信的关键技术之一。半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier, SOA)由于具有非线性系数高、体积小等优点成为全光相位调制系统的关键器件。但因SOA中交叉相位调制与交叉增益调制同时存在, 使目前基于SOA的相位调制信号不可避免地产生功率起伏, 影响了信号质量。为此, 提出了一种利用差动平衡信号控制级联SOA的全光相位调制方案, 分析了方案原理, 并实验实现了全光相位调制, 消除了相位调制过程中因SOA交叉增益调制效应产生的波形起伏, 完成了原理验证。该调制方案对实现高阶编码格式的全光波长变换, 提升网络的灵活性和扩展性具有重要意义。

光纤保密通信是解决电域加解密“速率瓶颈”和光网络潜在安全威胁的一种有效途径，而实现光纤保密通信的前提是完成密码同步。为保证光纤保密通信系统成功解密，本课题组设计了一种新的全光同步方案，推导出了光纤信道传播时延差的计算公式，详细阐述了全光同步实现过程。采用OptiSystem软件分别在10 Gbit/s和40 Gbit/s加解密速率下进行了全光同步仿真实验，测试分析了密码同步状态对解密输出性能的影响，解密输出数据均与原始明文数据完全相同，而且都保持了较好的输出性能。研究结果表明，所提全光同步方案切实可行，既适用于10 Gbit/s信道速率，也适用于40 Gbit/s信道速率，既适用于常规光纤链路，也适用于经过色散补偿的光纤链路，可以有效解决光纤保密通信中的全光密码同步问题，对光纤保密通信系统的研制开发具有一定的参考价值。