针对目前陶瓷材料功能性结构的高质量成型需求，探究了纳秒短脉冲紫外激光在Al₂O₃陶瓷基板上微铣削盲孔的激光加工工艺。分别采用不同焦距的场镜来进行铣削实验，研究了激光能量密度、振镜扫描速度、重复扫描次数等工艺参数对盲孔成型的锥度和底部粗糙度的影响规律。实验结果表明，在上述加工参数中，场镜的焦距对盲孔锥角的影响最为显著，其他参数则起到优化加工质量的效果。因此合理地选择场镜焦距，能够有效地改善盲孔的锥角。在场镜焦距f =160 mm，激光脉冲能量密度为25.80 J/cm²，扫描速度1000 mm/s，重复扫描次数为400次的条件下，能够获得较好的加工质量，盲孔深度为0.83 mm、锥角为5.4°，其底部粗糙度为2.48 μm。

为了进一步提高耦合锥结构光纤超声传感器的整体性能,使其更好地服务于光纤超声无损检测,用有限元分析法仿真分析了耦合锥体材料参数对传感器响应灵敏度的影响。以此为依据挑选出4种超声聚能效果优越的锥体材料,并计算出与其匹配的最佳响应锥尖角度,优化设计了4款基于74°铝锥、30°有机玻璃锥、130°聚苯乙烯锥、126°天然橡胶锥的光纤超声传感器。实验结果表明,这4款传感器均能够有效检测频率为1 MHz的超声波信号,相比现有的传感器在响应灵敏度方面有较大提升,可以有效改善传感器的传感性能;且结构更小巧轻便,能够应用的场合更广泛。

设计了用于发光二极管(LED) 微显示器折射率匹配层结构, 可以提高LED 微显示器的光学性能。倒装结构的LED微显示器出光面为蓝宝石(折射率约1.76), 它和空气的折射率(约为1.0)相差较大, 会有很大一部分光因为全反射而反射回器件内部被吸收, 导致器件的光效率降低。本文通过涂敷折射率匹配层硅胶(折射率约1.41～1.53)的方法, 改变器件表层的折射率使其和空气的折射率相匹配, 增加光逃逸锥角, 从而提高器件的光效率。结果表明涂敷硅胶可以提高光效率约25.75%, 在涂敷硅胶基础上盖玻璃片(折射率约1.47)可提高光效率约32.78%, 且硅胶涂敷前后器件的电学、光学、结温稳定性好。尽管增加的是侧方向的光通量, 但是其光效率的增加为高效率LED微显示的实现提供了参考依据。

光刻胶经过曝光、显影后的锥角(Taper)和关键尺寸(Develop Inspection Critical Dimension, DICD)是光刻工艺的重要参数。明确影响锥角和DICD的工艺参数, 进而控制锥角和DICD, 这对工艺制程至关重要。本文结合光刻制程, 探究了光刻胶厚度、曝光剂量、Z值、显影时间对锥角和DICD的影响, 并结合蒙特卡罗算法对显影制程进行评估。实验结果表明: 光刻胶厚度每增加1 μm, DICD增加约2.6 μm。同时, 厚度增加会导致光刻胶顶部的锥角逐渐由锐角向钝角演变。曝光剂量每增加10 mJ/s, DICD则减小约0.8 μm, 锥角则呈阈值跳跃式上升趋势。基板在最佳焦平面曝光, DICD和锥角均一性最好。显影时间每增加10 s, DICD下降约0.3 m, 锥角则增加约1.7°。最终, DICD和锥角呈负相关关系, 可以通过调节光刻工艺参数对锥角和DICD进行控制。

通过搭建脉冲加载下的激光辐照沿面闪络实验平台,考察了锥角绝缘子受激光辐照时的真空沿面闪络性能。结果表明: 不论是紫外光(266 nm)还是可见光(532 nm)辐照在阴极三相点或者样品中间,+45°锥角绝缘子构型的性能都要优于－45°锥角绝缘子,并且紫外辐照阴极三相点对沿面闪络电压的影响较大,因此在大型脉冲功率装置中应该避免射线对绝缘堆阴极三相点处的辐照。

建立非平行光入射多层膜的模型，给出了在圆形光束锥角入射时的薄膜特性表达式，对三类典型光学薄膜即多腔滤光片、非偏振分光薄膜和非偏振截止滤光薄膜的特性进行了数值实验。研究结果表明：随着光束入射锥角的增加，多腔滤光片的影响是中心波长向短波方向移动，透射率下降和通带形状退化；非偏振分光薄膜的s和p偏振透射率增加，宽带波纹度增加；非偏振截止滤光薄膜的通带透射率出现周期振荡，s偏振的通带波纹度大于p偏振，通带波纹度总体具有增加的趋势，过渡区的陡度具有变大的趋势。

全介质膜窄带滤光片因具有优良的光学性能、较强的工艺性和空间环境适应性被广泛应用于空间多光谱遥感仪器中，但锥光束入射导致的中心波长漂移问题严重影响此类窄带滤光片的光谱选择性能。为了研究光锥角对窄带滤光片透射率特性的影响，设计了非规整型全介质膜窄带滤光片，分析了高斯光束倾斜入射窄带滤光片导致透射率的变化，建立了非均匀照度下锥光束正入射时窄带滤光片等效透射率的求解模型，定量求解了等效透射率及中心波长漂移量，并对理论模型进行了实验验证。结果表明，锥光束正入射对窄带滤光片透射率的影响主要表现为中心波长的蓝移；在镀膜工艺相对稳定的基础上，理论模型的等效透射率预测精度优于中心波长的0.15%。所以，可以使用等效透射率求解模型定量计算锥光束正入射导致窄带滤光片透射率的变化，并利用中心波长漂移量修正后的设计数据指导滤光片镀膜，进而实现窄带滤光片的高精度光谱选择，这为解决介质膜窄带滤光片因锥光束入射导致的中心波长漂移问题提供了新的技术途径。

用实验方法测量了球形与锥形光纤的耦合效率随球的弓形高及锥形光纤圆锥角的变化关系,作出耦合效率曲线,通过测定耦合效率的实验可知:球形与锥形光纤的耦合效率随球的弓形高增加而基本上线性上升, 随着锥形光纤圆锥角的增加而增大,在锥角由10.3°增大到54.6°时,耦合效率曲线呈较快的上升趋势;在锥角由54.6°增大到71.3°时,耦合效率曲线上升趋势较缓;随着球形与锥形光纤的间距的减小而增大,在间距由0.10 mm减小到0.03 mm时,耦合效率曲线呈较快的上升趋势;在间距由0.03 mm减小到0.02 mm时,耦合效率曲线上升趋势较缓。

介绍了一种获得晶体动态外锥折射的方法.用全固态绿光激光器和双轴晶体kNbO3，通过改变位于已消球差的双胶合透镜后表面处可变光阑的通光孔径，即改变入射光束的会聚角度，来实现入射光会聚角对外锥折射锥角的调制，由此得出双轴晶体kNbO3外锥折射的锥角表达式.实验结果表明，周期性改变孔径光阑通光孔径的大小(入射光束的会聚角度)时，外锥折射锥角也同步地发生周期性的改变; 外锥折射锥角等于入射于双轴晶体端面上的光线的会聚角.利用可变光阑可实现双轴晶体动态外锥折射并获得可控激光环，实验所测锥角角度与理论计算符合较好.