利用飞秒激光相位掩模加工方法制造光纤布拉格光栅（FBG），并研究了激光能量和曝光时间对FBG波长、反射率和带宽的影响规律。研究发现，随着曝光时间的增加，光纤的折射率调制量逐渐变大，耦合效率增大，反射率逐渐变大。当光纤耦合效率达到饱和时，反射率保持不变；当过曝光时，反射率轻微减小，光纤的平均有效折射率和折射率调制深度均变大，带宽增大。随着激光能量的增大，达到最大反射率所需要的曝光时间缩短，且FBG波长的红移量越多，带宽就越大。过大的激光能量会使平均有效折射率和折射率调制深度变大，从而导致FBG主谐振峰两边的旁瓣增多，影响光谱质量。另外，短波方向旁瓣的振荡比较显著，而长波方向则比较平顺。因此，在实际加工中需要选择合适的激光曝光能量和曝光时间。实验获得的最大FBG反射强度达到15 dB，且其光谱变化和理论分析一致。该研究为高质量FBG的制造和光谱特性优化提供了实验依据。

利用严格耦合波理论分析了用于520 nm波长飞秒激光制备光纤光栅的相位掩模的衍射特性, 当相位掩模是矩形槽形时, 占宽比在0.32~0.43之间, 槽形深度在0.57~0.67 μm之间时, 能够保证零级衍射效率抑制在2%以内, 同时±1级的衍射效率大于35%。在此基础上, 利用全息光刻-离子束刻蚀技术, 制作了用于520 nm波长飞秒激光的周期为1 067 nm、有效面积大于40 mm×30 mm的相位掩模。实际制作的相位掩模是梯形槽形, 槽深是0.665 μm, 分析了梯形槽形中梯形角对衍射效率的影响。实验测量表明, 该相位掩模的零级衍射效率小于2%, ±1级衍射效率大于40%,满足飞秒激光制作光纤光栅的需要。

提出了一种基于矢量分解和混沌随机相位掩模编码的光学非对称彩色图像加密方法。当输入图像是一幅实值图像时,矢量分解的引入使得第一块相位掩模也能作为密钥,进而使得加密系统成为非对称加密系统。用二维Henon混沌映射生成的两个混沌相位掩模替代双随机相位掩模,将混沌系统的初始值和控制参数作为密钥,增加密钥空间,为加密系统提供更多的安全性。对加密系统的密钥敏感性、图像相邻像素间的相关性、抗剪切攻击性、抗噪声攻击性、抗选择明文攻击性等进行测试,测试结果证明了所提加密系统的可行性和安全性。

针对遥感图像及彩色图像传输过程中的信息安全问题, 提出了一种利用矢量运算和副像相位掩模对彩色遥感图像加密的方法.在加密过程中, 利用光学相干叠加原理将原始图像矢量分解, 并叠加到R、G、B三个通道上的两个相位板当中; 然后, 使用副像相位掩模在菲涅尔域中双随机相位编码对其中一个相位板加密; 最后, 利用两个随机矩阵的Kronecker积对编码图像进行进一步随机化处理, 实现彩色遥感图像的多级加密.实验结果表明：该算法的密钥敏感度高, 在强度系数小于0.04的高斯噪声攻击和统计分析攻击下具有良好的稳健性; 密文能够抵御选择明文攻击, 相比于传统的双随机相位编码算法具有更强的安全性.解密遥感图像的峰值信噪比和相关系数可达31.92dB和0.9888.该加密方法为大量相同尺寸遥感图像的加密提供了新的思路.

针对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在应用中温度与应变串扰的问题,利用飞秒激光结合相位掩模板法在异质光纤熔接点处刻写FBG,基于FBG的温度或应变响应系数的特点,实现温度与应变双参量的传感测量。分别标定了掺镱-石英FBG和铒镱共掺-石英FBG的温度和应变响应系数,结果表明,铒镱共掺FBG和石英FBG的温度响应系数差异较大,应变响应系数相近,故可用作温度、应变双参数传感测量。经过800 ℃的高温退火的铒镱共掺-石英异质FBG在700 ℃温度下可保持长时间反射率稳定,因此可应用于700 ℃以内的温度和应变双参量解调。

248 nm的KrF准分子激光是光纤布拉格光栅(FBG)的首选刻蚀光源。针对FBG的刻写要 求,研制了一台小型化KrF准分子激光器,并进行了机械结构设计和改进。实验研究了充电电压、 放电电容、工作气体配比和储气腔内的气体压力对输出激光能量和效率的影响,优化了激光器性 能,输出的重复频率达200 Hz,单脉冲输出能量达16 mJ,能量不稳定度小于2%,输出窗口附近的 近场光斑尺寸为6 mm×3 mm,最高输出效率为1.24%。用该激光器作为光源采用相位掩模法进行了FBG刻写的 实验,效果良好。

提出了一种基于离散余弦变换与混沌随机相位掩模的图像加密方法。起密钥作用的两块混沌随机相位掩模由二维Ushiki混沌系统生成, Ushiki混沌系统的初值和控制参数可以替代随机相位掩模作为加解密过程中的密钥, 因此便于密钥管理和传输。通过对密钥敏感性、图像相邻像素间的相关性、抗噪声攻击及抗剪切攻击等分析表明, 图像加密方法具有较强的抵抗暴力攻击、统计攻击、噪声攻击和剪切攻击能力。

为了解决光纤布拉格光栅制作中波长控制的问题，提高已有方案的精度，提出了一种基于相位掩模法刻写布拉格光栅过程中拉力调节和紫外光补偿的光栅刻写波长两步控制法。在光纤两端悬挂砝码调节其所受拉力，使刻写光栅的中心波长略小于目标波长。使用功率均匀的紫外光对光栅整体进行照射，补偿光栅中心波长到目标波长的差距。该方案控制下，光栅中心波长控制误差在±5 pm以内，且对原平台改造小，不会破坏刻栅平台稳定性。实验证明1 cm长的切趾布拉格光栅反射率可达到30 dB以上。相比已有的应力控制方法，该方法具有控制精度高、平台改动小、系统稳定性好的优点。

为了扩展双图像光学加密算法的密钥空间, 克服双随机相位加密系统中随机相位掩模作为密钥难于存储、传输和重构的问题, 突破传统图像加密的研究思路, 提出了一种基于多混沌系统的双图像加密算法, 构造了光学加密系统。系统增加混沌系统参数作为密钥, 利用混沌加密密钥空间大和图像置乱隐藏性好的特点, 构建基于Logistic混沌映射的图像置乱算法, 利用Kent混沌映射生成的伪随机序列构造出一对随机相位掩模, 分别放置在分数傅里叶变换光学装置的两端, 图像经加密系统变换后得到密文。数值仿真结果表明,算法的密钥敏感性极高, 能够有效地对抗统计攻击, 具有较高的安全性。