飞秒激光脉冲通过非线性相互作用可以在透明介质内部诱导载流子的激发、弛豫和折射率改变，从而用于制备光波导器件。飞秒激光无法比拟的高度局域三维加工能力使其在有源和无源波导器件制备中被广泛研究。综述了飞秒激光在多种透明介质中诱导折射率改变的机理、波导器件制备的实验进展和波导性能优化技术，分析了其研究趋势和应用前景。

理论研究了基于双光子异构非线性的非相干耦合孤子族的存在性。发现非相干耦合灰孤子族及暗孤子族可以在具有双光子异构非线性的块状聚合物中存在。若各分量成分具有相同的偏振和波长但彼此互不相干, 可能形成这种孤子族。用数值方法详细地研究了这种非相干耦合灰孤子族及暗孤子族的存在条件及其特性。非相干耦合孤子族的每一个分量成分具有相同的半高全宽。当这一非相干耦合灰孤子族或暗孤子族在具有双光子光致异构非线性的聚合物中传播时, 各分量成分光束都能稳定传播。研究表明, 灰孤子族各分量成分具有横向运动速度, 但暗孤子族不会在横向上发生移动。当这种非相干耦合孤子族只有两个分量成分时, 它们自动退化成灰孤子对或暗孤子对。

采用表面反射方法研究块状掺偶氮苯聚合物的光致折射率改变特性及其与光强的依赖关系。实验中,使用514 nm的圆偏振Ar+激光作为抽运光,632.8 nm的He-Ne激光(s偏振)作为探测光。通过改变探测光入射角,测量样品在固定光强(0.570 W/cm2)的前向抽运光激励下表面反射率的改变量,研究样品的折射率改变特性,发现样品的光致折射率改变约为-0.0035;研究了这种效应对抽运光强度的依赖关系,发现光致折射率改变随抽运光强度增大而增大,当抽运光强为0.800 W/cm2时,折射率改变量可达10-2量级。

对不同辐照条件下近红外飞秒激光在K9玻璃内部诱导产生的暗化现象和永久性折射率改变进行了实验研究。通过辐照前后的显微镜图片、吸收光谱、电子自旋共振谱(ESR)以及激光衍射实验,分析了K9玻璃中暗化现象产生的微观过程,发现暗化是由诱导产生的空穴型色心引起的。暗化程度和折射率改变随激光强度、扫描速度、扫描行间距变化而变化。光致色心的形成与非线性电离有关。对折射率永久性改变进行了简单说明,其机理仍在探索中。

从考虑背景光的光伏作用后的光束在光伏媒质中传播的方程出发,证明了在折射率改变为正的光伏媒质中也可以形成灰孤子。光束以灰孤子状态在光伏晶体中传播时,其横向相位必须具有一个与光强分布有关的形式分布,表达式为(s)=vη-∫η0y-2()d。其中v是灰孤子的横向运动速度,η是无量纲化坐标,y(η)是归一化的光场振幅。分别讨论了光束灰度、光强振幅、信号光与背景光的有效Glass系数之比R对一维的光伏空间灰孤子宽度、横向总相移和横向运动速度的影响,并分析了光伏灰孤子的稳定性。当光束的灰度m为0时,这一理论可直接退化为光伏暗孤子的理论。

利用量子力学中密度矩阵及谐振子变换与数值求解相结合的方法,理论考察了带偏置电场的非对称半抛物量子阱中的子带内跃迁引起的线性与非线性折射率改变特性.以GaAs材料参数计算了总折射率改变对入射光的强度、半抛物量子阱受限势频率、外加直流电场强度的依赖关系.结果发现,总折射率改变敏感地依赖于这些因素.