采用单电子近似和软核势模型,通过数值求解一维含时薛定谔方程,理论研究了当脉冲分别带有正、负啁啾的情况下所产生的阿秒脉冲.分析了不同脉冲啁啾特性对阿秒脉冲的强度和宽度的影响.研究结果表明,无论是正啁啾还是负啁啾,随着啁啾量的增加,都将使激光脉冲由产生单个阿秒脉冲趋向于产生阿秒脉冲链.正啁啾和负啁啾对于阿秒脉冲宽度的影响是不同的,负啁啾对于阿秒脉冲宽度影响很小,适当的负啁啾有利于缩小阿秒脉冲的宽度;而正啁啾脉冲产生的阿秒脉冲较无啁啾时展宽,且随着啁啾量的增加,其阿秒脉冲宽度迅速增大.

本文研究了在连续泵浦和脉冲泵浦两种情况下,大模面积(LMA)掺Yb³⁺双包层光纤激光器的输出特性.采用连续泵浦,在最大泵浦功率为10.4 W时,得到了平均功率4.6 W、中心波长1.09 μm的准连续激光输出.采用脉冲泵浦,得到了脉宽小于50 ns、峰值功率为5.3 kW、重复频率为5 kHz、单脉冲能量为0.26 mJ的稳定的调Q脉冲输出.

采用不同的半导体可饱和吸收镜,实现了940 nm半导体直接泵浦Yb:YAG激光器被动锁模,得到了输出中心波长分别在1030 nm和1050 nm,光谱半宽(FWHM)分别为1 nm和2 nm的稳定锁模脉冲序列,其重复频率分别为190.24 MHz和178.6 MHz.泵浦光为4W时,两种波长的平均输出功率分别为80 mW和60 mW.

对采用棱镜耦合器的全反射棱镜式环形激光器的耦合输出特性进行了理论研究,导出了有"楔形"间隙的棱镜耦合器的反射系数和透射系数表达式,给出了反射率和透过率随"楔形"间隙高度变化的理论计算曲线,进而研究了有关材料选取、腔内振荡分量的选取及减小棱镜耦合器对环形激光腔内模式的影响等问题.这些研究对于全反射棱镜式环形激光器在激光陀螺、激光角速度传感器等实际应用中有重要意义.

报道了一种工作波长在L波段的包层泵浦Er³⁺/Yb³⁺共掺光纤环形激光器.环形腔内的激光工作介质为一段9 m长的Er³⁺/Yb³⁺共掺高掺杂光纤.利用6个976 nm LD同时抽运前段Er³⁺/Yb³⁺共掺双包层光纤产生的放大自发辐射谱作二次抽运源,使腔内增义谱由C波段移到L波段,实现了L波段光纤激光器的稳定输出;采用包层泵浦技术,在抽运功率为3594.5 mW时,测得泵浦入纤功率为2731.8 mW,实现了输出连续功率最大518.4 mW,斜率效率达到19% 的激光输出;所形成激光的工作波长为1613.94 nm,激光光谱的3 dB带宽为1.5 nm,边模抑制比接近于50 dB.

利用耦合模理论分析了均匀长周期光纤光栅中的模式耦合,描述了连续CO₂激光脉冲逐点写入长周期光纤光栅技术的实验研究情况,实验中观测到模式耦合强度随光栅区域长度发生周期性变化.

报道了一种SiO2薄膜声波导和Ti:LiNbO3光波导之间存在一个角度的准共线的模式转换器结构,利用波导模式分析导出薄膜声波导的宽度限制;利用模式耦合理论得出了声光模式转换特性和耦合系数的加权形式.实现了对耦合系数的加权,较好地抑制了旁瓣.在综合考虑旁瓣和线宽的条件下,设计了这种TE/TM声光模式转换器,其旁瓣为-16.8 dB,-3 dB线宽和-10 dB线宽分别为1.37 nm和2.31 nm.

利用波导短程透镜的几何光学性质,给出了短程透镜的等效光线追迹图和相位传递函数,得到短程透镜焦点的模场分布表达式.理论得出的焦斑光强分布和实验测得的光强分布一致.

利用有限差分方法(FDM)对大横截面SOI(Silicon-on-insulator)脊型光波导的本征模进行了计算分析,从而确定了SOI脊型波导的单模条件,即归一化外脊高和归一化脊宽的关系.通过比较,进一步明确了归一化外脊高大于0.5时现有的单模条件解析公式中常数项的取值为0.3.同时,还对归一化外脊高小于0.5时的单模条件也做了计算和讨论.

运用瞬态荧光光谱技术在77 K低温下对PSⅡ颗粒复合物中类胡萝卜素(Car)分子的能量传递过程进行研究,通过不同激发波长473 nm,481 nm,507 nm选择性激发PSⅡ颗粒复合物中色素分子,得到PSⅡ颗粒二聚体中关于Car能量传递的三组时间组分:16.6 ps,130～183 ps,217～249 ps. 其中16.6 ps反映了LHCⅡ中的Car分子将能量通过中间体Cars、Chls分子传递到Chl639的过程;130～183 ps为核心天线中的β-Car分子向RC的能量传递时间;217～249 ps为LHCⅡ中Car481通过中间Chla分子向RC的传能时间.

基于漫射理论,建立了可处理任意空间光源照射下生物组织内光传输问题的计算模型,并编制了相应的计算程序.在此基础上,通过大量的数值计算讨论了光源会聚角对组织内光场空间强度分布和组织漫反射场的影响.结果表明:随着光源会聚角的增大,组织内光场分布和组织漫反射的分布趋于集中,当大于一特定角度之后,光场强度的分布区域迅速扩大,强度迅速下降,同时强度出现极大值的位置开始偏离中心位置.

采用紫外线、He-Ne激光及紫外线与He-Ne激光复合作用的方法,对本实验室的一株产PHB的细菌G-Q7进行诱变,以提高其产量.结果表明,紫外线和He-Ne激光单独作用,诱变效果不佳,而二者的复合作用却能产生很好的效果.用He-Ne激光辐照20 min再经紫外线照射150 s,正变菌株的细胞量为11.5g/L,PHB含量为65%,并具有良好的遗传稳定性.对诱变前后菌株积累的PHB产物的外观、热性质和13C-NMR图谱进行分析,结果表明该诱变使代谢途径中的某种酶发生了改变.

采用光纤布喇格光栅作为基本传感器件,设计制作了光纤光栅水听器.利用匹配光纤光栅解调技术,实现了高灵敏度、高速度的动态信号测量,并进行了相关的水下声音测量实验.实验系统可测量水声信号频率范围为10 Hz～3 kHz,测量动态范围为60 dB,其结果具有很高的线性度.

采用受激喇曼散射(SRS)耦合波理论分析了抽运光谱宽度对喇曼光纤放大器的影响,指出当采用宽光谱作抽运光时会降低抽运效率.同时,文中还给出了抽运光谱宽度、抽运光功率和抽运效率间的变化规律曲线,得出当传输光纤的有效截面积越小、喇曼增益系数越大、抽运光的入纤功率和光谱线宽度越大时,光谱抽运效率越小的结论.

采用高斯光束近似重构了相干检测星间跟踪技术方案的数学模型,计算分析了探测器输出的中频电流与光束失配角之间的关系,减小了以往平面波近似下的计算误差.同时通过优化选择探测器直径和光束直径之比,对输出中频电流表达式进行了简化,提高了运算效率.

提出一种基于FBG和光环形器的双向光分插/复用器(BOADM)结构,并给出两种实验结构.结果表明,该器件在通路间隔100 GHz时,异频串扰量-21.4 dB、同频串扰量-32 dB,均满足WDM系统传输要求.该BOADM采用单面EDFA结构,易于同其他设备连接,适应性较好,设备成本低,同时还具有潜在的自愈保护能力.

本文采用变分法和数值方法研究了具有随机色散的光时分复用系统中色散管理孤子相互作用.发现随机色散增强了孤子间相互作用,产生了导致孤子淹没的振幅和间隔涨落.相互作用距离与初始间隔、初始相对相位、脉宽和初始相对振幅有关.

提出了使用适当带宽的光带通滤波器和选择合适的脉冲宽度两种方法来增加RZ码光纤通信系统中偏振度椭球对偏振模色散的响应范围,模拟计算得到了40 Gb/s的 RZ码在不同脉冲宽度以及同一脉冲宽度下不同的滤波器带宽两种情况下偏振度椭球的短轴随偏振模色散的变化情况.结果表明,采用这二种方法可以明显地提高偏振度椭球的短轴对偏振模色散的响应范围.另外,数值模拟结果还表明对于40 Gb/s的系统滤波器带宽应大于50 Hz,光源脉宽应在4 ps～10 ps较为合适.通过实验证明了这二种方案是可行的.

在光学薄膜镀制中,比较片与样品片之间的厚度比例关系是间接监控法成功的重要参数.计算表明,三半波带通滤光片中心位置能大致推测出这一关系,通带形状能粗略反映镀制过程中的变化以及不同膜料间的比例系数差别.后期,作者顺利制作出多个不同中心位置的带通滤光片.

分析了液晶法布里-玻罗可调滤波器中介质反射镜反射相位引起的峰值波长漂移.液晶法-玻滤波器通过外加电压调谐峰值波长,反射相位会导致峰值波长漂移使器件不能达到DWDM系统的使用要求.本文推导了一套计算反射镜反射相位的公式,将它应用于液晶法-玻可调滤波器的理论设计,模拟结果定量表示了反射相位对峰值波长造成的影响.这对确定液晶可调滤波器峰值波长和设计器件电驱动装置具有重要意义.由此设计了一个在光通讯波段可单调调谐的液晶法-玻滤波器.

设计研制了一种新型小体积,低成本的光纤直接耦合微加工型可调光衰减器.该器件采用电磁微线圈驱动柔性框架上的活动光纤微位移实现信号功率衰减变化,驱动电压为0～8 V,工作范围0～65 dB,动态时间响应小于2.3 ms.器件构造工艺主要使用了CNC高精度雕刻和激光点焊封装技术.利用有限元单元法进行器件理论分析,并报告了其测试性能.

为了测量激光聚变产生的0.2～0.37 nm范围内的等离子体X射线,设计了一种基于空间和时间分辨的聚焦型弯晶谱仪.将在700℃时弯曲后的LiF(2d＝0.403 nm)晶体作为色散元件,布喇格衍射角的变化范围为30～67.5°,弯晶粘贴在离心率和焦距分别为0.9586和1350 mm的椭圆形不锈钢基底上.利用弯晶谱仪配X光CCD相机在星光Ⅱ激光(0.35 μm,60～80J,700 ps)装置上摄取了钛平面靶发射的X射线光谱,实验结果表明它的光谱分辨率能达到0.001 nm.

近场扫描光学显微术中,近场距离的检测和控制是需要解决的核心技术之一.本文研究了基于DDS驱动的压电传感器,在一个压电陶瓷片上,电极被分成相同的两部分,分别用于振动驱动和振幅检测.近场扫描的光纤探针固定于此压电陶瓷片上.振动驱动信号采用DDS,在样品的远场时,可以通过频率扫描得到误差在0.006 Hz以内的压电陶瓷片谐振频率驱动信号,而当光纤探针处于样品的近场距离之内时,压电陶瓷片的谐振频率偏离驱动信号频率,振幅明显减小,从而检测出近场距离.高精度振动驱动源DDS和高灵敏度压电传感器的采用提高了检测灵敏度和工作稳定性.

阐述了用光学薄膜进行色散补偿的基本原理,介绍了设计的基本过程.根据Ti∶ Sapphire飞秒激光器中腔内色散补偿的要求,设定了色散补偿目标,通过计算机优化,得到了一种40层的Ta2O5/SiO2介质膜系.该膜系能在720～870 nm范围获得大于99.5%的反射率,在510～550 nm获得大于90%的透射率,在740～850 nm提供较平滑的-40 fs2的群延迟色散.这样的结果经过7次反射后,可以补偿5-mm Ti∶ sapphire晶体产生的绝大部分群延迟色散.

采用封闭式电子回旋共振(MCECR)氩等离子体溅射碳靶的方法在硅片上沉积了高质量的硬碳膜,膜层厚度约40 nm. 使用X射线光电子能谱仪(XPS)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析了碳膜结构,并用POD摩擦磨损仪测试了碳膜的摩擦磨损特性,用纳米压入仪测试了碳膜的纳米硬度.详细研究了基片偏压对碳膜的结构、摩擦磨损特性以及纳米硬度的影响,得到了最佳基片偏压.

本文应用阵列微压痕标记技术完成了薄膜表面微孔洞缺陷邻域变形检测.检测中通过应用纳米压痕和微区域放电技术,制作微标记阵列和微孔洞缺陷,并在数字化显微系统下完成微区域点阵变形检测,进而实现微区域小变形测量.研究了微标记点的信息提取与表征方法,讨论了微标记法在薄膜材料性能检测中的可行性及其检测性能.

采用ZYGO MarkⅢ-GPI数字波面干涉仪、NamoScopeⅢa型原子力显微镜对不同氧分压下电子束蒸发方法制备的SiO₂薄膜中的残余应力及表面形貌进行了研究,结果发现:随着氧分压的增大,薄膜中的压应力值逐渐减小,最后变为张应力状态;同时薄膜的表面粗糙度也随着氧分压的增大而逐渐增大.另外,折射率对氧分压也非常敏感,随着氧分压的增大呈现出了减小的趋势.这些现象主要是由于氧分压的改变使得SiO₂薄膜结构发生了变化引起的.

测量了由修正的Gilch方法制作的MEH-PPV薄膜的反射光谱,对于玻璃基底对反射谱的影响做了修正.利用了修正后的反射谱进行了kk变换,获得了薄膜的折射率n.再用计算所得的数据反算出薄膜的反射率与测量的反射谱是一致的,获得的折射率随波长的变化与测量的吸收谱是相对应的,对所得结果进行了误差分析.

介绍了利用黑密度～穿透光程关系曲线对底片接收方式下的闪光照相图像进行非线性校正的方法.根据闪光照相成像原理,在光场均匀、散射均匀的条件下,图像的黑密度是照相客体的穿透光程的单调函数.当有一定的散射分布时,相当于校正图像中叠加了一本底成分,利用先验知识可以扣除.因此可以用黑密度～穿透光程关系曲线进行闪光照相图像的非线性校正.利用本方法对一三棱柱照相客体的图像进行了非线性校正,处理结果证实了该方法的有效性.

利用神经网络和反馈控制理论,提出了一种基于神经网络PID控制器的伺服控制系统结构.在高精度仿真试验转台的应用中证实,该方法避免了PID参数的整定难以匹配的问题,减小了干摩擦对低速运动的影响.实验表明:方法自适应能力强,调节品质好,具有较高的应用价值.

设计并制作了1.55 μm偏振无关半导体光放大器腔面TiO₂/SiO₂多层减反膜,工艺过程中设计并使用了反射率实时监控装置,得到了低于5×10-4的腔面剩余反射率.器件测试结果表明,管芯在250 mA电流下仍处于未激射状态,表明减反膜有效抑制了芯片的激射.半导体光放大器的自发辐射(ASE)谱波动在0.4 dB以下,3 dB带宽大于52 nm,半导体光放大器小信号增益近27 dB,在1520～1580 nm波长范围内偏振灵敏度小于0.5 dB.

形貌检测中,经相位解调和相位展开后,所求得的只是待测物体表面与参考面的相对相位分布,而三维形貌检测要测的是高度分布.在分析一般测试系统的基础上,推导出了相位与高度分布的非线性函数映射关系.设计了标定测试系统的实验方案.通过平移实物参考面,测得其上的相位分布,由平移距离与相位增量之间的关系,用最小二乘迭代法计算相位差与物体高度映射关系.最后,对一个实际测试系统进行了标定,并与Hung的标定方法进行了分析比较.理论和实验都表明,新方法精度高,操作方便,降低了标定复杂度.

通过对针孔像的处理和分析,获得了被测系统的光学传递函数,分析了采样频率对测试精度的影响,提出了用栅条板标定频率换算尺度和针孔像采样频率的方法.对50 mm焦距平凸标准物镜的测试结果表明,系统参数的标定和输入直接影响测试精度,采用本文提出的标定方法准确可靠,可以在测试组件参数未知的情况下,获得影响空间频率换算的参数,进而准确获得被测系统的光学传递函数.

用溶胶凝胶法制备了几种ZnO粉末,测量了它们的直流电致发光.在样品中观察到了较强的绿带(556 nm)发射;对十二胺处理的样品,绿带发光强度最高可提高8倍,十八胺处理的样品,绿带发光强度最高可提高12倍.在同电压下,十八胺处理的ZnO的发光强度也较十二胺处理的ZnO的发光强度大1.5～2倍;并在十二胺处理的样品中,还观察到了强度较小的蓝光谱带(406 nm).在一定电压范围内,ZnO电致发光强度随直流电压增强而线性增强.所得ZnO样品在2V/μm场强下起亮,在测量的近1 h内,发光强度稳定,重复性好.分析认为:406 nm处的蓝光谱带是由于VZn空位在禁带中(距离价带0.3 eV)形成缺陷能级,从导带到价带跃迁的结果,而556 nm处的绿色发射带是由ZnO中氧空位所导致.

制备了Er³⁺/Yb³⁺共掺的70TeO₂-5Li₂O-(25-x)B₂O₃-xGeO₂(x=0,5,10,15,20 mol%)系列玻璃,研究了玻璃的热稳定性能,测试了玻璃的吸收光谱、荧光光谱以及Er³⁺离子4I13/2能级荧光寿命,并根据McCumber理论计算了Er³⁺离子4I13/2→4I15/2跃迁的受激发射截面.结果表明:随着GeO₂含量的增加,玻璃的热稳定性逐渐提高,荧光谱线半高宽(FWHM)保持在70 nm左右,而荧光强度和Er³⁺离子4I13/2能级荧光寿命逐渐提高,研究表明这种玻璃系统是一种具有应用潜能的宽带光纤放大器用的基质材料.

在 LiNbO₃中掺进In₂O₃和Nd₂O₃,以Czochralski技术生长了In∶ Nd∶ LiNO₃晶体.通过光斑畸变法测得In∶ Nd∶ LiNbO₃晶体的光损伤阈值为1.98×104 W/cm2,比Nd∶ LiNbO₃晶体的1.6×102 W/cm2高两个数量级以上;晶体吸收光谱的测试表明,In:Nd:LiNbO₃晶体的吸收边相对Nd∶ LiNbO₃晶体发生紫移.研究了In∶ Nd∶ LiNbO3晶体的倍频性能,结果表明,In∶ Nd∶ LiNbO₃晶体的相位匹配温度在室温附近,倍频转换效率比Nd∶ LiNbO₃晶体提高二倍.

本文利用降低光子晶体的对称性来提高绝对禁带宽度,提出两种长方结构长方介质柱二维光子晶体,用快速平面波展开法研究其高频区的带结构.经参数优化发现,长方晶格包含一套介质柱时,最大绝对禁带宽度Δω为0.1265ωe(ωe=2πc/a, a为晶格常数,c为光速),绝对禁带中心频率ωmid为1.9256ωe,Δω/ωmid=6.6%;当长方晶格包含两套介质柱时,最大绝对禁带宽度为0.203ωe,绝对禁带中心频率为1.8597ωe,Δω/ωmid=10.9%.

研究了C60掺杂向列相液晶中全息光栅的形成,实验中我们利用了一种特殊的全息再现方法:即低电压记录,高电压再现,观察到清晰的全息再现像.实验结果表明样品具有良好的全息存储能力.分析了电压对实验结果的影响,实验表明:为了避免动态散射的出现应使用较低的记录电压,而再现时应采取高电压以重新激发隐藏的光栅,提高再现的质量.

借助于共生纠缠度,研究了旋转波和非旋转波近似下共振Jaynes-Cummings模型中二能级原子与单光子腔场的热态纠缠现象.结果表明:该共振耦合系统中,存在影响原子与单光子腔模纠缠的临界温度,当环境温度高于这一温度时,原子与腔场的纠缠特性消失.若只考虑实光子跃迁,这一临界温度仅与原子和腔场的耦合强度有关,随耦合系数的增大而升高;若将虚光场一并考虑,只要实光子跃迁强度与虚光子跃迁强度不相等,在一定的温度下能很好的保持原子与腔场的纠缠相干性,当二者相等时,即使在绝对零度下,原子与腔场也难以形成纠缠形式.

GaAs量子阱半导体微腔中, 光子同时与重空穴激子、轻空穴激子耦合形成腔极化激元.本文采用三谐振子耦合模型,计算了腔极化激元的三支的色散关系、线宽、有效质量及其群速度;结果表明,由于腔极化激元的三支中光子、重空穴激子、轻空穴激子所占的权重随着平面波矢(或入射角度)变化,腔极化激元三支的线宽、有效质量及其群速度呈现出不同的动态行为.

为了研究位相编码量子密钥分发系统中的干涉稳定性,运用解析和数值计算方法详细研究了光纤双折射、温度变化、非对称性以及耦合器分光比对量子密钥分发系统干涉条纹可见度的影响,结果表明光纤双折射、温度变化和非对称性都将影响系统的干涉可见度,调整接收端的调制位相能消除温度变化的影响,并减小非对称性对系统的影响,但不能改善光纤双折射对系统干涉的影响.另外,耦合器分光比影响系统的效率.