采用传输矩阵的方法,严格导出了一维具有克尔非线性缺陷的光子晶体的局域模频率方程.局域模频率依赖于局域光强.取负克尔系数时,随着局域光强的增加,局域模频率从下带边出现,在带隙间上升,最后消失在上带边.在给定入射光频率下,随着入射光强的变化,系统呈现出双稳态.这种光学双稳态性质是由局域模频率的移动引起的.

报道了色散缓变光纤中超短光脉冲压缩效应的实验结果.采用两段长度分别为100 m和500 m的色散缓变光纤,成功地将分布反馈激光器输出的4.4 ps光脉冲压缩到1.1 ps和830 fs,脉冲压缩比分别为4.0和5.3.研究还发现,色散沿纵向变化较慢的光纤有利于脉冲的进一步压缩,理论分析与实验结果一致.

研究了四种萘酞菁化合物LB膜的制备和二阶非线性光学特性,并对它们的二阶非线性产生机理进行了简单的讨论.不对称萘酞菁化合物的二阶非线性起源于电偶极子机制;对称萘酞菁化合物的二阶非线性起源于磁偶极子耦合机制.二阶非线性最大的三叔丁基氰基萘酞菁的二阶非线性极化率χ(2)为3.7×10-8 esu,约为三叔丁基萘酞菁的37倍.

通过高压脉冲电场极化,制备了周期为6.5 μm、长为12 mm、宽为10 mm、厚为0.5 mm的一阶准相位匹配周期性极化铌酸锂;由1.1 W连续1.06 μm Nd:YAG激光器抽运,在5°时产生了约18 mW、0.532 μm的倍频连续绿光,其对应的二次谐波转换效率约为1.6%,二次谐波的归一化转换效率约为1.5% cm-1W-1,相当于79%的周期性极化铌酸锂的理想非线性系数.测量了抽运光功率与倍频光功率的关系.

研究了基波相位畸变对二次谐波相位分布的影响.针对具有不同像差、而光强分布为高斯型的光束,以KDP晶体Ⅰ类匹配为例,数值计算得到了其二次谐波光束的光强分布和相位分布,分析了基波的像差、离散效应以及衍射效应的影响效果.研究表明不同的像差对于谐波的影响是不同的,主要取决于由其引起的全口径上相位失配的情况;离散效应主要带来的是倾斜像差,其高阶像差的影响随着离散效应的加剧而增大;而衍射效应的影响在一般情况下都是可忽略的.最后给出了在离散效应和衍射效应的影响可以忽略的情况下,基波相位畸变对二次谐波影响的近似估算式.

利用二能级原子与腔场的共振相互作用Jaynes-Cummings(J-C)模型,制备出原子与光场的纠缠态,通过改变相互作用时间,可以控制纠缠态的纠缠程度.提出了利用这个原子与光场的非最大纠缠态,通过大失谐的J-C模型传送腔场的薛定谔猫态的方案.

根据色散媒质的性质及电磁波在两不同媒质交界面上反射的机理,证明并分析了在理想匹配层吸收边界中引入色散可实现有效吸收入射到吸收边界上的电磁波,从而达到减少时域有限差分法计算区域和计算误差的目的.

固体浸没透镜在超高密度近场光存储和超分辨率显微观测中具有独特的作用,本文利用角谱理论并计及光波的矢量特性,分析了固体浸没透镜的近场矢量光场特性,给出了它的光场图样,并着重讨论了线偏光入射条件下,出射光场的偏振状态.

为进一步说明天文像复原新方法――迭代位移叠加法的性质,对探测器的附加噪声在斑点干涉术、斑点掩模法和迭代位移叠加法中的影响分别进行了分析.结果表明:在斑点掩模法中,复杂的噪声高阶矩统计被引入了重谱的噪声偏差,因此对噪声极为敏感,使数据处理更加复杂化;与斑点掩模法相比,迭代位移叠加法仅涉及对噪声的一阶矩统计平均,所以此新方法的特点是对噪声不敏感,具有图像复原处理过程简单快捷的优越性.

讨论了一种对有限光子图像累加的统计处理方法.在超微弱发光的研究中(例如细胞的超微弱荧光),由于发光强度极弱,需要用像增强器对超微弱发光图像进行增强得到可视光子图像,超微弱发光的光子图像不可避免地受到像增强系统暗噪声及背景噪声的影响,使光子图像湮没在噪声中.为从原始图像中检验出信号,常将采集到的有限光子图像进行累加以增加样本数,根据信号光子和噪声光子的不同统计分布,运用似然比检验方法得到有效判据判断累加图像中某像素是否含有信号光子,由此剔除图像中的噪声光子,得到信噪比改善的光子图像.

根据数字全息的可计算特性,提出用图像处理的方法直接对数字全息图在空域进行预处理,使其再现时不出现直透光和共轭像,大幅度提高再现像的质量.并进行了实验验证.

以类硼氮系统为例,对基于光场感生电离线偏振激励低密度等离子体的电离参数进行了研究,由此确定了对于适合复合机制的类硼氮45.21 nm的产生,其最佳激励激光强度为5×1015 W/cm2,并对计算结果进行了分析.

对基于半导体光放大器中交叉增益调制效应的波长转换后信号的啁啾特性进行了分析.研究了输入信号光和参考光的功率、波长、转换速率、信号光消光比以及半导体光放大器的偏置电流对转换后信号啁啾的影响.

用氯仿、乙醚、乙醇和盐酸等溶剂溶解一组人体胆结石,获取难溶物;用傅里叶变换红外光谱和表面增强拉曼光谱对难溶剩余物进行研究.结果显示,结石难溶物主要由胆红素盐和蛋白质组成,结石中的蛋白质的二级结构以α螺旋和无规卷曲构象为主,其中,α螺旋构象成分较多.讨论了蛋白质在胆结石形成中的作用.

采用光聚合溶胶凝胶材料,通过光刻制备得到直径在15 μm～20 μm间的光学微盘谐振腔,在掺有若丹明B染料时,用脉冲532 nm激光抽运微盘,观察到回廊耳语模式,实验所得峰位与理论值相符.实验所得到微盘谐振腔最大Q值为900.实验表明,基于溶胶凝胶材料的光刻方法是一种用于制备低阈值微盘激光器的可行方法.

提出了一种应用晶体光学原理的新型物体几何形貌检测方法,介绍了新方法涉及到的晶体偏光干涉的原理,以及基于这个原理的形貌信号检测方法,并通过实验得到新方法的测量精度约为5 μm,测量范围约为7 mm,且具有较好的动态特性.

介绍一种测量肌肉震颤频率和幅度的无损伤、非接触光学方法.分析了在直接频率调制下,激光二极管中的光反馈效应,探讨了振动微小位移和速度的理论模型.设计并研制了一套基于光反馈效应的直接频率调制激光二极管光电探测系统.利用该系统对微弱机械振动信号进行了探测,表明该系统能用于肌肉震颤的测量.最后介绍了人体前臂内侧屈肌群紧张收缩时,肌肉震颤的光学测量结果.

介绍了光纤光栅的偏振模色散测量,并利用一段保偏光纤对光纤光栅的偏振模色散进行补偿,效果良好.在40 Gb/s,60 km光纤光栅色散补偿系统中,加入保偏光纤对光纤光栅的偏振模色散进行补偿前后的测试结果表明,误码率为10-10时,系统的功率代价由1.21 dB改善为0.46 dB.

分析说明了积分球存在一次反射短时平均等照度性质,提出了积分球的几个概念:平均反射程λ、平均反射时间μ、平均反射率、平均出射程η、平均出射时间τ(等于积分球的时间常数).用分析方法推导了积分球时间常数的一般表达式、积分球对δ函数形式的功率波形的变换表达式、积分球对任意光功率波形的变换表达式及其反变换表达式.

光学系统采用变芯径光纤,可大幅度提高光的传输效率,增加光学子系统柔性.描述了光造型工作原理及其理论依据,在介绍所研制的光的成型系统光学子系统的基础上,阐述了紫外光源的选择与设计,及变芯径光纤的设计、传输、耦合与聚焦等技术.该套基于变芯径光纤的光学子系统成本低、体积小、效率高,已成功应用于所研制的台式低成本快速成型系统中,为该系统的进一步推广奠定了技术基础.

基于光纤传感技术和三角测量方法,提出了一种用于曲面检测的新型光纤三角传感器.根据所设计的轮辐式接收光纤结构,可以在测量曲面与传感头间位移时,首先获取被测点处微面元的倾斜信息,以便对传感器测量值进行实时误差修正,从而解决了被测表面倾斜对坐标测量带来的影响.该传感器还能有效地消除环境光干扰、光源波动、表面反射率变化等对测量带来的影响.建立了传感器测量的数学模型.理论分析和初步的实验结果证明了系统的有效性和实用性.该传感器系统不稳定性好于0.3%,横向分辨率好于8 μm,高度分辨率好于0.1 μm.

给出了结构光传感器的数学模型,并依此模型详细分析了结构光传感器的各项参量,讨论了这些参量对结构光传感器性能的影响,得到了关于传感器参量和传感器特性之间关系的公式,给出了传感器设计必须遵守的条件.利用所给出的公式可以方便地讨论传感器的性能,对结构光传感器的设计起指导作用.

分析了用一个传感头实现双参量测量的偏振调制光纤传感器的工作原理,表明该传感器能同时输出两路信号,其中一路利用泡克耳斯效应测电压或利用光弹效应测压力,另一路利用旋光效应测温度.但其输出的两个测量参量之间存在交叉敏感现象,并且其输出呈明显的非线性.因此提出一种基于人工神经网络的双参量偏振调制光纤传感器输出信号分离与线性化方法.以传感器输出作为输入样本,测量参量的实际值作为输出样本,通过训练使神经网络建立传感器输出与其实际感受的测量值之间的复杂非线性关系.计算机仿真与实验结果表明,该方法不仅能在较宽的测量范围内有效地分离两个测量参量,而且能在神经网络的输出端得到理想的线性输出.

论述了哈特曼夏克传感器的测量原理,对它的测量精度进行了标定.同时还介绍了哈特曼夏克传感器在光学车间实际测量大口径非球面系统的情况,表明哈特曼夏克传感器是一种非常有效的光学车间检测手段.

定量分析了了光学面形误差各参数(幅度、类型、空间尺度和空间分布等)对光束质量的影响.通过数值计算得到:对于局部缺陷和环形缺陷,在规定误差均方根值时,应对缺陷空间尺度作出相应规定,以避开光束质量因子β的极大值.中心缺陷比边缘缺陷对光束质量的破坏更大;相位误差的低频部分形成了远场能量分布的中心核,而边翼由高频部分所形成,对高频误差需要规定更严格的容差.

对于中频感应加热提拉法(Czochralski Method)生长的高掺杂浓度(原子数分数0.30)Yb:YAG晶体,经退火后采用差示扫描量热计法测量了晶体的比热容,通过激光脉冲法测量了不同掺杂浓度(原子数分数0.05～0.30Yb:YAG晶体的热扩散率和热导率.实验表明,随着Yb3+离子浓度增加,Yb:YAG晶体在300 K温度下的导热性能有明显的降低.原子数分数为0.30的Yb:YAG晶体的激光实验表明,高掺杂浓度Yb:YAG晶体热导率的降低导致了激光阈值的增加.

用射频等离子体方法在玻璃基底上制备了类金刚石(DLC)薄膜.采用拉曼光谱、可见紫外近红外光谱、红外光谱等手段对经γ射线(其平均能量为1.25 MeV)辐照后的类金刚石薄膜中氢含量及其变化进行了分析.结果表明,随γ射线辐照剂量的增加,薄膜中SP3C-H键数量明显减少,与此同时,薄膜中氢含量也随之减少.当辐照剂量达1×105 Gy时,SP3C-H键减少了约50%.利用光学带隙数据、完全抑制网络(FCN)理论及相关计算得出膜中氢含量为10%～25%,且其含量随辐照剂量的增加而减少.随辐照剂量增加,类金刚石薄膜附着力增加及红外透过率的降低进一步验证了上述结论的正确性.

利用法布里珀罗腔的激光二极管作为调制器件,实现环形腔光纤激光器的主动锁模.并利用法布里珀罗腔的激光二极管的多纵模特性,把激光二极管当作一梳状滤波器,通过偏振控制器来调整入射到激光二极管内光的偏振态,同时均衡腔内增益,得到波长大范围可调谐的锁模激光,其脉冲宽度约为48 ps,脉冲重复速率2 GHz.