为了研究史密斯-帕塞尔自由电子激光的输出频率和光栅槽深、光栅槽长、光栅槽宽的关系，对于基于矩形光栅的史密斯-帕塞尔自由电子激光利用粒子模拟软件进行模拟和理论分析。首先，利用粒子模拟软件模拟对于基于矩形光栅的史密斯-帕塞尔自由电子激光进行了研究，发现史密斯-帕塞尔自由电子激光的输出频率随光栅槽深、光栅槽长、光栅槽宽的增大而减少。接着，对史密斯-帕塞尔自由电子激光的光栅槽进行了理论分析，发现每个光栅槽都可以等效为一个LC谐振电路，并发现在史密斯-帕塞尔自由电子激光中存在两种辐射，一种是史密斯-帕塞尔辐射，另一种是LC振荡辐射。最后，对光栅槽的LC振荡辐射进行了估算，发现史密斯-帕塞尔自由电子激光输出频率的模拟值与光栅槽的LC振荡辐射估算值的数量级均为102 GHz，且变化规律上一致。据此推测决定史密斯-帕塞尔自由电子激光输出频率的应该是光栅槽，而不是谐振腔。

相对于高阶工作模式的单腔回旋管,同轴腔回旋管具有缓解模式竞争,提高单模工作的稳定性,以及增大功率容量的优点,宜用于受控热核聚变中的电子回旋共振加热和电子回旋电流驱动而受关注.详细地研究了工作频率为 170 GHz,TE34,11模同轴腔回旋管的结构参数、电子束参数及腔壁损耗对注-波互作用的影响.首先对 170 GHz兆瓦级功率模式选择进行分析,给出了工作模式.再次,基于时域自洽非线性理论,编写了时域单模稳态注-波互作用程序,分析了电流、磁场强度和腔壁欧姆损耗对互作用的影响,并对工作参数进行了优化.模拟结果表明: 当电子束电流为 68 A,工作电压为 65 kV,引导磁场强度为 6. 58 T时,可获得 2. 18 MW的输出功率, 49. 23 %的效率,外腔壁上的欧姆损耗密度峰值为 1. 94 kW/cm2,内导体表面的小于 0. 15 W/cm2; 互作用效率随速度零散增大而降低,输出频率向下偏移; 电子注厚度对互作用也有相似的影响.

太赫兹波对大多数非极性材料具有良好的穿透性, 可以对不透明物体进行透视成像, 同时其光子能量低, 不会产生有害的电离反应, 可以更加安全地进行材料内部的检测和诊断。太赫兹波空间分辨率高, 在成像的应用中具有更长的景深, 因此太赫兹光谱技术在纤维材料研究领域具有重要的应用价值。概括了太赫兹时域光谱技术和太赫兹成像技术在天然纤维材料、合成纤维材料以及纤维复合材料应用中的研究进展, 并且分析了太赫兹光谱技术在纤维材料领域中应用方面需要解决的主要问题及今后的发展方向。

提出了一种工作于太赫兹波段的、基于半圆柱形“不平坦”InSb基底结构的混合等离子体波导.分析了半导体材料InSb的相对介电常量随工作频率的变化特性, 重点研究了该混合波导以及两种不同形变结构的有效模场面积、传播长度、品质因数、能量分布等随波导工作频率、波导尺寸的变化情况.结果表明, 本文提出的“不平坦”基底结构波导可以达到与传统结构几乎相同的传播长度, 有效模场面积较传统结构减小了一个数量级以上, 具有非常强的模场约束性, 适合于太赫兹频段高密度集成电路中的应用.

提出了一种基于史密斯-帕赛尔效应的太赫兹振荡器，该器件由电子枪、调制腔、输出腔、收集极等部分构成。在器件调制腔中,电子注的速度调制通过史密斯-帕赛尔效应完成的,当群聚电子注通过输出腔时,群聚电子注会在输出腔的间隙处激励起高频电场,该高频电场会使电子注的一部分动能转换为高频能量,并完成太赫兹振荡.模拟发现：当金属光栅的空间周期为0.6 mm、电子注能量为100 keV时,利用史密斯-帕赛尔效应调制的太赫兹振荡器可以输出频率为349.017 GHz和346.324 GHz、功率谱密度接近4 kW/GHz、最大输出峰值功率超过2 kW的太赫兹波.

为实现低成本高效率的可调太赫兹带通滤波器, 采用太赫兹时域波谱系统实验研究了一种在薄铝片上制作的中心开通槽两边双面对称周期性开浅槽的结构.实验结果表明由于双面耦合伪表面等离子体激元的增强透射效应, 该滤波器垂直入射时在0.33 THz处获得超过95%的高透射率, 其透射波的发散角在5°左右.并且当滤波器侧向斜入射时透射峰一分为二, 低频透射峰红移而高频透射峰蓝移；当滤波器俯仰方向斜入射时透射峰蓝移.

红外探测器响应漂移特性会降低红外焦平面阵列(IRFPA)非均匀性校正的精度。针对该问题提出了一种基于场景的IRFPA非均匀性校正算法。该算法利用所获得的序列成像场景信息,采用一种基于快速自适应滤波器的最优化递归估计方法来获得非均匀性校正参数,并利用当前的成像信息来更新校正参数,以此降低探测器响应漂移特性对非均匀性校正的影响。算法仿真实验显示,对非线性参数为26.12%的同一图像,使用该算法、两点校正算法和卡尔曼滤波校正算法校正1 h后,可分别将非线性参数降至1.856%,3.122%和1.893%,说明该算法可获得稳定而较好的非均匀性校正效果。

在分析光纤环形镜工作原理的基础上，给出了基于光纤环形镜的线形腔掺Er³⁺光纤激光器相位和幅度的振荡条件．通过求解速率方程，理论分析了其输出特性，获得了稳态条件下激光器输出功率、阈值泵浦功率和斜率效率的解析表达式．推导出激光器工作所需掺Er³⁺光纤最短长度，并在给定泵浦光功率时，在特定输出波长上获得最大输出功率所需最佳掺Er³⁺光纤长度的表达式，且通过实验进行了验证．

建立了考虑PMD在内的NOLM微波光子开关光波传输方程，给出了基于耦合非线性薛定谔方程的分步傅里叶法，三维庞加莱球理论和琼斯传输矩阵法的数值分析模型．仿真获得在光子开关中微波直接强度调制光载波的传输过程，以及在不同调制带宽下一阶和二阶PMD对光波信号和NOLM功率传输函数的影响．指出PMD造成NOLM开关性能钝化和消光比严重恶化，并引起信号信噪比下降和旁瓣泄漏．当调制带宽大于40GHz时，二阶PMD的影响比一阶PMD更加严重．最后讨论了NOLM中的PMD补偿问题．

基于耦合非线性薛定谔方程，采用分步傅里叶方法分析了在单波长信道和WDM(波分复用)4波长信道中XPM(交叉相位调制)对高速NOLM(非线性光纤环镜)光开关中脉冲传输的影响．数值计算表明：XPM造成NOLM中信号脉冲串扰与畸变，并造成NOLM开关性能的下降．WDM系统NOLM光纤环中的同向传播的各波长之间的XPM串扰比相向脉冲之间的XPM效应的影响更大，并且波长越短输出功率越低，中间信道受XPM的影响所导致的脉座现象和走离效应比两侧波长信道严重．