为了增加喇曼光纤放大器(RFA)的输出带宽, 减小增益平坦度。利用OptiSystem软件仿真分析了不同参数设置下的增益特性与泵浦源的关系, 对泵浦功率、泵浦波长、光纤长度和有效作用面积进行了优化设计与仿真。仿真结果表明: 提出的优化方法可使RFA的增益在设定范围内获得最大值, 并且通过改变相关参数得到较好的增益平坦度。

为了保证油气井高温分布式温度测量的准确度, 设计了高温单模喇曼自校准监测系统, 分别介绍了系统中分布式喇曼测温系统、光纤光栅温度校准系统的工作原理, 并对系统的测温范围和测温精度进行了800 ℃的高温监测实验。实验结果表明: 在测温距离为0~1 km, 温度范围为0~800 ℃条件下, 该系统的温度分辨率为0.1 ℃, 测温精度为±2 ℃, 基本满足高温分布式温度监测要求。

为提高系统容量和光纤的利用率, 降低网络建设成本, 提出了基于密集波分复用(DWDM)技术的量子经典融合通信系统。为消除或降低系统中经典信号对量子信号的影响, 设计一种非等间隔波长选取方法和采用光隔离器分别处理融合系统中的四波混频噪声和喇曼散射噪声。仿真结果表明: 经过噪声处理后, 量子经典融合通信系统中的因四波混频和喇曼散射噪声导致的量子误码率(QBER)下降约33.3%。

普通单模光纤的喇曼增益低, 严重制约了喇曼放大器的发展。因此, 研究高喇曼增益的光纤具有重要意义。研究了硫化铅掺杂石英玻璃光纤的喇曼散射增强特性。采用改进的化学气相沉积(MCVD)法分别制备出硫化铅掺杂石英玻璃光纤和普通单模光纤样品, 并测得其传输损耗谱和喇曼光谱, 实验结果表明: 硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更强的喇曼散射强度。在不同的泵浦功率条件下, 分别进行了喇曼放大实验, 相比于普通单模光纤, 硫化铅掺杂石英玻璃光纤具有更大的喇曼增益。

喇曼光谱是一种无损、快速检测物质成分的方法。为了提高监测灵敏度，对408nm波段半导体激光器的腔增强自发喇曼散射进行了研究。利用输出功率500mW、线宽0.9nm的408nm半导体激光器作激发光，把激光耦合入共焦球面镜腔，两面共焦球面镜的反射率分别为96.5%和99.5%，部分激光返回半导体激光器形成光反馈，半导体激光器与共焦腔形成共振。对装置的光反馈过程进行了探讨，并对外腔的模式匹配和频率匹配分别进行了分析。结果表明，共焦腔内功率达到15W，功率增强了30倍；用90°探测构型收集喇曼信号，完成了空气喇曼信号检测；1s积分时间，获得N2信号900个计数。此共振增强腔大大增强了喇曼散射信号，有潜力应用于多种气体的在线检测或高灵敏度检测。

为了提高宽带波长转换技术的响应速度, 采用高非线性光子晶体光纤, 设计了一种受激喇曼散射的可调谐全光宽带波长转换器。基于光纤中喇曼效应, 对光子晶体光纤喇曼增益谱采取高斯曲线进行拟合, 建立了喇曼波长转换器的理论模型, 并进行了仿真分析, 讨论了光纤长度对转换效率的影响。结果表明, 在符合通信系统的条件下, 实现了100nm转换带宽, 波段为1487nm~1587nm, Q因子随探测光波长变化与喇曼增益谱走势相同, 其波长转换质量最优处在喇曼增益系数最大处。该研究对未来光网络的波长转换器波长分配以及光纤长度的配置研究具有参考意义。

利用Ti宝石激光器生成的飞秒激光脉冲入射高非线性双零色散光子晶体光纤, 进行非线性光谱实验.抽运脉冲的中心波长为800 nm, 位于接近零色散点的反常色散区, 在正常色散区观测到双零色散光子晶体光纤产生的超宽带连续光谱输出, 相对于单零色散光子晶体光纤, 转换效率更高、谱带稳定而平滑, 不仅获得了高效宽带蓝移色散波, 还获得了长波段正常色散区的宽带红移色散波.实验结果与理论分析的相位匹配条件一致, 阐明了色散波产生的物理机理.随泵浦功率的增大, 长波段红移色散波发生明显红移, 可见波段蓝移色散波强度显著增长, 当泵浦功率为0.68 W时, 泵浦光几乎全部转化, 蓝移色散波与残余泵浦的输出功率之比大于257∶1, 光谱转换效率极高, 达到99.6%以上.蓝移色散波的宽带达到了309 nm, 近红外波段的红移色散波与孤子波相连, 形成超连续谱, 带宽可达628 nm.实验结果对超短脉冲激光频率转换和宽带光源的研究具有参考价值.

设计了一种表面镀有Ag涂层且具有内凹弧度的圆锥形钨(W)针尖, 运用时域有限差分法建立了针尖-球形样品结构的针尖增强喇曼散射模型, 研究了针尖增强效应及参数优化配置.采用波长632.8 nm光源斜入射激励方式, 对模型的针尖增强喇曼散射效应进行电磁场仿真计算, 获得了模型在不同光源入射角度、样品粒径、针尖-样品间距下的增强电场强度和针尖增强喇曼散射增强因子.研究结果表明: 当光源入射角为72°、样品粒径约为140 nm、针尖-样品间距达到2 nm时可产生最大的增强因子, 达到104量级.该结果为制备高增强效率的探针针尖, 及其在高空间分辨率和高检测灵敏度喇曼光谱仪中的实用化提供了参考依据.

为了检测、分析混合气体, 根据混合气体中不同气体成分在喇曼频谱中各自的吸收谱峰, 采用激光谐振腔增强光谱法原理和喇曼散射光谱技术, 利用有源激光谐振腔和雪崩光电二极管, 设计了针对于混合气体成分进行在线分析的实验系统。结果表明, 对混合气体进行实时在线检测, 可以有效检测出包含体积分数分别为0.502, 0.498的N2和O2的混合气体。该系统操作便捷、安全可靠, 可以实现混合气体的成分分析。

为了发展具有实用价值的受激喇曼全光偏振控制方法, 根据光纤中受激喇曼散射矢量理论和光纤随机双折射效应设计了基于双向二级喇曼抽运的全光偏振控制方案, 构建了偏振吸引理论模型, 采用严格数值迭代算法对该偏振控制方案进行了仿真分析, 并完成了偏振控制方案最佳工作性能的优化设计。结果表明, 当信号光波长为1550nm、功率为0.1mW、一级抽运光和二级抽运光的功率分别为1W和4W、其偏振态都为（0, 1, 0）、光纤长度为3km时, 信号光偏振度可达0.85以上, 且信号光强度波动低于35%。该方案有效降低了作用光波功率、减弱了信号光输出强度噪声, 并提高了信号光输出偏振度。