在ZnO-Bi2O3-MnO2-Cr2O3基础上掺杂不同含量的SiO2，采用传统固相烧结法制备ZnO压敏陶瓷。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜研究了ZnO压敏陶瓷的物相组成和微观结构。利用数字源表、电感电容电阻测试仪测试并分析其电学性能。利用电容-电压特性法测试其晶界参数。结果表明：在频率10 kHz附近时，由于极化跟不上外电场变化，相对介电常数急速下降，同时产生相应的损耗峰。随着SiO2掺杂量的增加，损耗角正切(tanδ)先降低后升高，在掺杂量为0时最高，1.0%(摩尔分数)时最低，SiO2的掺杂明显降低了在105 Hz附近的tanδ值。非线性系数(α)随着SiO2掺杂量的增加先增加后减小，在SiO2掺杂量为1.0%时，样品α值达到43.36，晶界势垒高度φb在10 kHz时为1.98 eV，施主浓度低至2.97×1024 m-3，同时漏电流IL为0.31 μA/cm2。

金属是组成超材料的重要成分, 因此确定金属的表面二阶非线性系数对超材料非线性的研究十分重要。使用高灵敏度的光谱仪测量倍频信号, 通过二阶非线性系数已知的石英晶体的Maker条纹对采集信号定标。实验上使用波长为800nm的飞秒激光为光源, 系统地测量了入射角10°到80°范围内, 不同偏振的飞秒激光入射到基于真空气相沉积镀制的35nm金薄膜上产生的倍频光强度, 从而确定金膜的三个二阶非线性系数。实验测量数据与理论拟合一致。

设计了一种用于产生超连续谱的新型高非线性光子晶体光纤结构,其光纤包层空气孔大小从内到外呈凹型分布,将最内层空气孔直径d1和最外两层空气孔直径d5和d6设置为较大值以分别获得高非线性和低损耗特性; 为了降低光纤制作难度,将第二至第四层空气孔直径设置为相同。基于多极法分析了光纤包层空气孔间距Λ和各层空气孔直径对色散、非线性系数和损耗的影响规律,并设计了最佳结构参数。仿真结果表明,该结构光纤双零色散点分别为798和1260nm,色散极大值为71.6ps·nm-1·km-1,在0.72~1.3μm波长范围内,色散斜率小于0.81ps·km-1·nm-2,780nm处的非线性系数为153.2W-1·km-1,800nm处损耗为3.1×10-3dB/km,性能相比市场同类型光子晶体光纤更具优势。

理论上给出了一种计算任意厚度、不同切向石英晶体Maker条纹的方法。通过晶体坐标系和实验室坐标系的对应关系, 计算出X,Y,Z三种切向石英晶体的有效二阶非线性系数, 从而得到它们的Maker条纹。结果表明X切石英晶体为第一类Maker条纹, 而Y切和Z切石英晶体为第二类Maker条纹。实验上使用波长为800 nm的飞秒激光为光源, 分别测量了入射角-60°到60°范围内, 相同厚度三种切向石英晶体的Maker条纹。实验测量和理论计算的Maker条纹结果基本一致。根据实验测量X,Y,Z切石英晶体Maker条纹的最大值计算出的二阶非线性系数分别为0.3875pm/V、0.2969pm/V、0.2946 pm/V和0.3268pm/V。

本文研究了退火对TiO2-Ta2O5-CaCO3压敏陶瓷的压敏性能的影响，采用球磨-成型-烧结的传统方法制备TiO2-Ta2O5-CaCO3压敏陶瓷，并将TiO2-Ta2O5-CaCO3压敏陶瓷在不同温度下退火，用压敏直流参数仪测试样品的非线性系数α、压敏电压EB，采用XRD、SEM和STEM分析微观结构。结果表明，适宜温度下退火适当时间，可使晶粒适当长大，并使晶粒粒度分布均匀，减少气孔和提高致密度。退火过程中，半径较大的受主离子获得动能进一步向晶界偏析，增大晶界受主态密度，从而提高非线性系数α。晶粒适当长大，晶界数量和晶界总面积减小，有助于减小压敏电压；提高致密度可减小电阻率，从而进一步减小压敏电压。当掺杂浓度为0.20mol%，烧结温度为1 350 ℃，700 ℃退火3 h的TiO2-Ta2O5-CaCO3压敏陶瓷获得最高的非线性系数和较低的压敏电压(α=8.6， EB=22.5 V?mm-1)，优于没有退火样品。

研究了椭圆纤芯少模光纤的模式特性,给出了少模光纤中克尔非线性耦合模方程的一般形式,详细描述了少模光纤参量放大器的设计方法。利用COMSOL仿真软件获得了导波光场模式分布对纤芯椭圆率的依赖关系,进而计算了少模之间的四波混频相位失配因子和相应的模场交叠积分(或非线性系数)。研究了阶跃型折射率分布的椭圆纤芯少模光纤中三个模群的简并四波混频过程。结果表明,当LP_21a模的抽运光功率为0.5 W时,LP_11a模的信号光增益达到20.15 dB,在增益劣化2 dB的范围内可允许的椭圆纤芯误差为0.6 μm。

设计了一种新型轨道角动量模传输的圆环形光子晶体光纤, 包层为排列有序的矩形空气孔围绕纤芯呈圆形排列, 纤芯为大的空气孔, 中间环形高折射率区为光子轨道角动量传输区。利用基于有限元法的COMSOL Multiphysics软件进行仿真分析, 对光子轨道角动量模式在光纤中的传输特性进行了详细讨论。结果表明, 该结构可实现1.2~2.0 μm波段50个轨道角动量模式的有效分离和稳定传输,简并模式的有效折射率差大于10-4, 保证了每个模式的稳定传输; 限制损耗仅为10-9 dB·m-1, 非线性系数低至0.833 km-1·W-1。该光纤可以应用于模分复用系统, 将大大提高通信系统容量和频谱效率。

通过在碲玻璃中添加重金属离子, 尝试制作了具有较大的非线性折射率、时间响应快、吸收小的光开关玻璃。采用超快飞秒光克尔门技术对光开关玻璃的光克尔信号进行测试, 测试结果显示, 光开关玻璃的光克尔信号对称性好, 信号半高宽度达到~225 fs, 三阶非线性极化率达到~0.8×10-20 m2/V2, 透过率达到70%~80%; 研制的光开关玻璃为皮秒和飞秒光开光材料的选取提供了依据。

采用腔透射谱法测量了Λ型三能级系统的五阶克尔非线性系数。对二能级和Λ型三能级系统的五阶非线性系数进行数值模拟，比较发现，原子相干对非线性系数具有增强作用。同时将三阶和五阶极化率的模拟结果与测量结果进行对比，发现两者具有很好的一致性。

研究了一种简单实用的光学探测器非线性系数测量方法。采用两颗红外发光二极管(LED)，配用数字源表控制LED 光源的开关和驱动电流值，通过光束叠加法在4 个数量级内实现在特定红外波长上光学探测器非线性系数的测量，波长位置由LED 发光峰决定。采用红外940 nm LED，在恒温实验室条件下，进行了LED 持续点燃的稳定度的研究。当点燃时间在1 min 到10 min 内，光源到达探测器的辐射通量变化的相对标准偏差值不大于0.022%。进行了重复条件下红外LED 辐射通量水平复现性的考察。短时间内重复点燃10次，辐射量值变化的相对标准偏差不超过0.044%。进行了校准结果的测量不确定度评定，基于940 nm LED 的非线性系数校准结果的扩展不确定度为0.07% (k=2)。