利用80个20 W的二极管呈五角型阵列泵浦Nd:YAG棒,采用KTP晶体(Ⅱ类相位匹配θ＝90°ф＝23.6°)腔内倍频、单声光调Q装置、平凹直腔结构,在泵浦电流 17.5 A、声光调制频率 20.4 kHz时获得了平均输出功率为97 W、脉冲宽度150 ns的准连续绿光;分析了泵浦功率密度及晶体内部温度是影响倍频效率的因素,认为此实验中获得高功率的关键原因是对KTP晶体使用了角度调节并加强了水冷.

采用AlAs氧化物限制工艺实验制备了衬底出光的高功率大出光窗口(直径为300 μm)InGaAs/GaAs量子阱垂直腔面发射半导体激光器,实现了器件室温准连续工作(脉冲宽度为50 μs,重复频率为1000 Hz),并对器件的伏安特性、光输出特性、发射光谱,以及器件的远场发射特性等进行了实验测试.器件阈值电流为 460 mA,器件的最大光输出功率为 100 mW,发射波长为 978.6 nm,光谱半功率全宽度为1.0 nm,远场发散角小于10°,垂直方向的发散角θ⊥为8°,水平方向的发散角θ∥为9°,基本为圆形对称光束.

提出了一种数字信号对腔倒空式激光脉冲的调制方法.具有腔倒空装置的激光脉冲在腔内放大,当增益开始衰减时,由电光晶体改变激光的偏振方向将激光脉冲从谐振腔中倒出;再由1kHz的脉冲信号向计算机发出定时中断请求,中断过程中用数字信号调制脉冲倒出的触发电平,从而调制激光脉冲.用该方法实现了对钛宝石飞秒激光再生放大器的调制,成功地在熔融石英玻璃内写入了二进制数据.

若考虑聚焦平面内固定区域,脉冲空间分布可简化为一维问题.在此基础上,从脉冲的传输过程出发,本文分析了时空分布的超短激光脉冲与电介质材料相互作用时等离子体形成模式.在材料内部累积的能量与脉冲宽度、与空间相关的损伤区域、等离子体形成时间及其吸收系数有关.

讨论了棱镜对的负色散效应,利用时域ABCD矩阵方法分析了高斯型光脉冲经棱镜对色散补偿系统的脉宽和啁啾的变化,指出输出光脉冲的脉宽是展宽还是压缩,与棱镜啁啾、棱镜间距和光脉冲在棱镜中传输的距离的取值有关.讨论了棱镜对色散补偿系统对脉冲压缩的最佳条件,指出此时输出光脉冲脉宽随棱镜啁啾的增大而骤减,且骤减程度随啁啾增大而逐渐削弱,最后趋于一稳定值.

利用激光光解NO2分子,通过共振增强多光子电离(REMPI resonance enhanced multiphoto ionization)及飞行时间(TOF time of flight)质谱技术,获得了振转态分辨的NO(X2Π,υ″,J″)与自旋-轨道分辨的氧原子O(2P3PJ″＝2,1,0)离子谱.NO分子与O原子的离子信号强度与UV电离激光能量之间的关系分别能用二次方和三次方曲线很好拟合,它表明:光解产物NO分子和氧原子是分别通过(1+1)和(2+1)多光子吸收过程而被电离的.由氧离子信号得到的氧原子基态三个自旋-轨道支能级布居比f1与f0分别为0.54±0.09和 0.20±0.04,这一比值与统计分布计算的值为0.6和0.2一致.

提出了利用一束啁啾飞秒脉冲与另一束非啁啾飞秒脉冲相干制作啁啾光纤光栅的新方法, 并分析了其反射特性, 以及光栅结构与啁啾系数的关系, 讨论了其作为展宽器的应用, 为设计小型展宽器提供了理论基础.

依据均匀加宽四能级结构速率方程组和光功率传输方程组,对WDM系统中碲基掺铒光纤放大器(EDTFA)的泵浦问题进行了理论研究,给出了三种泵浦方式小信号和大信号状态下EDTFA信号增益分布曲线和放大的自发辐射(ASE)噪声功率谱,在此基础上探讨了EDTFA泵浦方式与信号增益、ASE噪声的关系.

研究了熊猫型保偏光纤在带涂覆层时的POL(polarization observation by lens-effect-tracing method)特性,说明用于去涂覆裸光纤的POL定轴技术同样适用于带涂覆情况,而且可达到相同的定轴精度.建立了一个初步的实验系统对熊猫型保偏光纤的在线定轴技术进行了系统的研究,采用曲线拟合和相关技术大大减小了各种定轴误差.在此系统上已可达到优于2°的定轴精度.

利用被动锁模掺铒光纤激光器输出的重复频率13.9 MHz、中心波长1557.28 nm的光脉冲作泵浦源,在100 m的色散位移光纤中产生总宽度达488 nm的超连续谱,不平坦度小于±3.0 dB,利用法布里-珀罗滤波器获得163路多波长脉冲,利用可调谐滤波器得到C波段内脉宽为1.2～2.0 ps的近变换限超短光脉冲.分析了泵浦脉冲的功率、光纤长度等因素对SC光谱展宽的作用,并与色散平坦光纤和较长的色散位移光纤作了比较.

将基于Daubechies紧支集尺度函数的时域多分辨分析(MRTD)算法用于集成平面光波导组件的时域分析中,实现了MRTD算法的各向异性理想匹配层(APML)吸收边界条件,并对平行介质带定向耦合器进行了数值模拟和验证,所得结果与解析解非常一致.与传统的FDTD算法相比,MRTD算法在不牺牲计算精度的前提下能够大大节省计算资源.

以波导本征模式场作输入光场,阐述了AWG中实际光场的传输数学模型,对输入场作高斯近似,阐述了光场传输的简化模型.通过简化模型与实际情况的比较,肯定了高斯近似简化模型在一定情况下的合理性.对于给定串扰要求,利用高斯近似模型可以决定最外层阵列波导坐标与衍射场光束束腰的比值,对实际器件设计来说有一定意义,但高斯简化模型在一定情况会引入较大误差,精确定量模拟AWG应采用实际光场标量传输模型.

研究了三种不同色散递减类型光纤构成的环形腔对光脉冲传输特性的影响(指数递减、线性递减与抛物线递减),发现其色散曲线为指数递减的环形腔最有利于皮秒光脉冲的传输与压缩;而对于飞秒脉冲,在高阶效应的影响下,情况恰恰相反,色散曲线为抛物线递减的光纤构成的光纤环最有利于脉冲传输与压缩.并且对于飞秒脉冲,环形腔的光开关特性只是在一定条件下存在.

对于双光脉冲在非线性单模光纤中传输问题,通过数值求解非线性Schrodinger方程,发现脉冲的分裂、聚合现象.讨论了不同入射光强度下,分裂、聚合的特点,以及产生分裂、聚合的物理机制.对聚合后光脉冲的频谱进行了分析,除了观察到与入射脉冲相同的中心频带外,还存在两个频带较宽的边带.

设计并研制出了一种可灵活重构的多波长OADM,建立了OADM级联光信噪比的理论计算模型并进行了分析计算,给出了OADM的内部功率预算.最后对OADM设备进行了测试,所有性能指标都达到设计要求,目前已经通过工程验收,并正式在"中国高速信息示范网(CAINOnet)"中运行.

在P圈法和哈密顿环保护法的基础上,提出了一种新的适用于格状波分复用光网络的基于资源的环保护方法,我们称之为RP圈法.与其他基于环的格状光网络保护方法相比,RP圈法具有配置方式简单、与业务模型不相关以及圈具有长度限制等许多特点.文中给出了RP圈法的一种启发式算法,仿真结果表明此算法具有较高的容量效率,是一种可适用于动态业务的实用化光网络保护方法.

本文提出了一种高精度激光电子二维倾角测量技术,该技术利用液体表面多次光反射,将倾角变化转换成激光光斑的位移,并通过多次光学反射实现光学放大,从而实现了倾角和倾角变化的高精度测量.利用本技术实现的倾角测量仪器具有测量精度高、体积小等优点,经过标定试验系统测量精度达到2.5″.高精度激光电子二维倾角测量系统可广泛应用于水坝安全监测工程、各种建筑和检测领域.

用锥形腔量热式激光能量计,测量了在不同脉冲宽度条件下,脉冲激光能量和激光吸收腔温升之间的关系,并用传统的方法得到不同激光能量对应的温升,并按照有关公式计算得到激光能量,结果表明实际激光能量和按传统方法计算得到的激光能量之间存在较大的差距;我们从理论上分析了由于热辐射、热传导影响,得出锥形吸收腔时间温度曲线关系的数学模型;用该数学模型对测量得到温度时间曲线进行最小二乘法拟合,拟合曲线和实际曲线非常吻合;通过该曲线我们对测量结果进行修正,和传统数据处理方法比较,该方法得到的结果更接近真值.

以琼斯矩阵为数学工具,利用理论分析和计算机仿真的方法研究了单层保偏反射膜反射相移的色散特性及其对光学电流传感器灵敏度的影响.在光学电流传感器系统中,光源的驱动电流与环境温度改变,都会造成光源峰值波长移动.由于反射膜上产生的反射相移的色散特性,会使光学电流传感器的灵敏度随光源波长的变化而改变.研究结果表明,反射相移的色散特性会对输出曲线的尺度因子产生明显的影响.因此,光源的恒温控制与光源驱动电流的恒流控制是必要的.本研究结果可为光学电流传感器的研究设计人员提供有用的参考.

提出了一种基于平面膜片的光纤光栅压强传感器.讨论了该传感器反射谱展宽、峰值波长变化与压强之间的关系.指出将光纤光栅沿径向粘贴在膜片中心附近时,反射谱的峰值波长与压强之间具有良好的线性关系,可以通过检测峰值波长来检测压强.该传感器的压强响应灵敏度系数的实验值为0.3964 nm/MPa,是裸光纤光栅压强灵敏度系数的132.1倍.该传感器的灵敏度系数与压强测量范围可以通过改变膜片的尺寸、材料的弹性模量、泊松比等参量来调节.

介绍了宽谱段、折射式长焦镜头的光学设计.重点讨论了宽谱段(420～900 nm)二级光谱的校正问题,修正了部分色散(P)和阿贝数(V)的计算公式,使之适合于宽谱段光学系统的设计,并给出了设计实例及设计结果.本系统理论上的二级光谱约为1.2 mm,而设计结果使三条谱线(420 nm、600 nm、900 nm)基本交于一点,实际二级光谱约0.23 mm.

利用调制传递函数(MTF)法,分析了玫瑰扫描制导系统的光学系统模块和探测器模块的参量对系统性能的影响,重点分析了探测器模块的影响,并给出仿真计算结果,由结果分析指出系统设计时选择参量的一种新思路.

在传统的IRST(红外搜索与跟踪)系统的角测量基础上,增加了红外探测器对目标红外辐射的响应信息这一测量项,且将相邻两次测量的目标红外光谱辐射功率之比作为伪测量,以消除目标红外光谱辐射强度不确定所产生的影响,并由此构造了机动目标跟踪的IMM(交互多模型)算法.通过跟踪一个高机动目标的仿真过程,对算法性能进行了检验.仿真结果表明:当测量误差较小时,误差的变化对跟踪精度的影响不大,整个跟踪过程中,单个坐标轴上的均方差不超过7 m,而且,大多数时刻上的均方误差不超过3 m;当测量误差较大时,近距离(航迹前段和中段)的跟踪精度也是很高的,单个坐标轴上的均方差不超过5 m,但是,远距离的跟踪精度下降很快,最大误差达到110 m;速度误差与位置误差也有类似的结果.

单波长监控很难精确控制宽波段上的光学特性.若采用宽光谱扫描可以在很宽的波长范围内监控薄膜特性,则控制既直观又准确.虽然宽光谱监控的思想很早就提出了,但这项技术的实用性一直不高.开发了一套宽光谱监控系统,使用线阵CCD配合计算机,可以实现光谱快速扫描.通过采用一些特殊的方法,系统可以达到较高的精度.配合改进的光学薄膜监控软件,可以满足基于宽光谱监控的自动控制要求.

采用有机改性硅酸盐制备了光敏性溶胶-凝胶,并在凝胶中加入四丙氧基锆作为调节折射率的材料;用该凝胶在硅片上提拉成膜.为了增加薄膜与硅片的粘附性,成膜前先用干氧热氧化法在硅片上生长了一层厚度约为1500的二氧化硅;样品的原子力相片表明薄膜的表面非常平整,在5×5 μm2的范围内最大表面起伏只有0.657 nm.利用波导阵列掩膜版, 对制备的薄膜在紫外光波段下曝光,得到了表面平坦、侧墙光滑、陡直的沟道波导阵列.研究发现:紫外曝光时间和坚膜时的后烘温度都会使薄膜的折射率增大.通过对样品红外吸收谱的分析,从微观机理上解释了折射率随工艺条件变化的原因.

为了重建复杂形状的三维物体,在此提出了一种便捷的基于衍射光学元件(DOE)色散成像特性的三维建模算法,该算法在一种新型的三维建模系统中实现,它充分利用了DOE在红外波段的模式投影和探测.给出了重建复杂形状的三维物体的仿真试验结果,证明该算法及系统的有效性和可行性.

制作了一个基于碳纳米管场发射的发光二极管,实验结果表明,这种发光二极管驱动场强低,亮度高,能够满足常用显示器和发光管的亮度要求,同时也用边界元法讨论了碳纳米管之间的场屏蔽效应.