用国产半导体激光二极管泵浦Nd∶YVO₄晶体,通过优化膜系,调节1064 nm谱线的线性损耗以达到与弱谱线1342 nm 增益匹配,在室温下实现1064 nm和1342 nm双波长连续运转,并通过Ⅰ类临界相位匹配LBO晶体腔内和频在国内首次实现593.5 nm黄色激光连续输出,当泵浦注入功率为1.8 W时和频黄激光最大输出达85 mW,光光转换效率为4.7%,功率稳定性24 h内优于±2.8%.

利用新的解析热分析方法得出了矩形截面非线性晶体在TEM00模式辐射下产生的温度场计算表达式,分析了影响非线性晶体内部温度场分布的各种因素,对比分析了矩形截面和近似圆形截面时所存在的差异及产生的原因.得出的结论为后续研究由于温升引起的位相失配等系列问题提供了理论基础,同时对于提高DPSSL系统输出功率具有指导意义.

考虑腔内光子数密度的空间高斯分布以及晶体热效应的影响,给出了LD泵浦Nd∶GdVO₄晶体Cr⁴⁺∶YAG被动调Q 1.06 μm激光的耦合速率方程组.数值求解该方程组获得了输出激光的脉冲宽度、重复率、峰值功率以及单脉冲能量随泵浦功率的变化特性,其理论值与实验结果相符.

在运用共焦显微术及低相干显微成像术等进行光学断层成像时,要将光束聚焦到样品内部以便实现光学断层成像,然而由于生物组织等的折射率与盖玻璃以及浸液不同,因而会引入很大的球差,从而使入射电磁波发生畸变.分析了由于多层折射率不一致而引入的球差的大小,并运用所得的公式计算了折射率不一致对光在样品中穿透深度及焦面附近光场分布的影响.

根据激光与心肌组织的作用规律和热力学理论建立了红外激光心肌打孔的理论模型,推导出红外激光心肌打孔的深度和打孔时间之间的定量关系.并用100 W连续输出的CO2激光在猪的心脏上进行了激光心肌打孔实验,实验结果和理论推导结果在一定范围内能够较好地吻合.

构造了由四个相移范围在0～2π的电光晶体波片组成的偏振控制器,利用模拟退火法作为其反馈控制算法.仿真计算表明,该偏振控制器是无端的,在较优的控制参量下,其输出的偏振态是稳定的,光强波动小于1%.对于四波片偏振控制器,模拟退火算法的控制参量研究表明,为得到较佳的控制效果,可把内外循环次数各限制为3次,以减少处理器时间;其初温T0应取在0.1附近;温度更改常数p宜取在0.2左右;状态产生常数s对输出的稳定性影响最大,仿真说明设在0.005～0.01间为好.

分析了高频CO₂激光脉冲写入的长周期光纤光栅弯曲的谐振波长漂移灵敏度、谐振峰幅值变化的机理,讨论了新型长周期光纤光栅弯曲方向相关性并进行了数值计算,分析结果与实验结果相符.

通过对集成光学器件调制特性的研究分析,指出了其调制特性影响光纤陀螺稳定性的主要原因,研究并设计了对集成光学器件调制度不稳定性进行实时跟踪补偿的方法,并对设计方案进行了实验,得到较好的实验效果,提高了光纤陀螺的稳定性.

在没有对喇曼增益分布做任何假设的情况下,利用所推导的光纤喇曼放大器噪声系数的解析表达式,研究了不同光纤长度、不同信号输入功率、不同增益、不同瑞利散射下双重瑞利散射导致的多路干涉噪声对喇曼放大器噪声系数的影响.结果表明随着光纤长度,信号输入功率、喇曼增益和瑞利散射的增加,多路干涉噪声对噪声系数的劣化越严重.但通过合理的优化光纤长度、控制喇曼增益可以取得噪声和增益间的最佳平衡.

利用有限元法分析了脊形掺铒Al2O3光波导放大器内信号光和抽运光的场模式分布、速率方程求解铒离子五能级系统的粒子数分布.数值模拟了光波导净增益与信号光功率的关系和多个放大器级联的净增益特性.结果表明:级联系统存在着净增益亏损.低掺铒浓度的光波导作前级放大器的组合方式,级联系统总净增益最大.

为了对光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)的中心反射波长进行双向调谐,提出了采用半导体致冷器、热敏电阻配合控制电路对FBG的工作温度进行双向精确控制实现温度/波长调谐的方法,讨论了温度/波长调谐的实现技术,并研制了FBG双向温度调谐器样品.在0℃、20℃、40℃环境温度条件下对调谐器进行了范围为-20℃～60℃、步进为10℃的温度扫描测试.实验结果表明:FBG调谐器的中心反射波长与设定的温度有较好的线性关系,除波长外其它光栅特性基本不随调谐温度改变;调谐装置准确度优于0.05 nm,且受环境温度变化的影响较小.

提出一种回归反射面材的新结构,以梯度折射率微球代替传统的超高折射率匀质玻璃微球.利用四阶Runge-Kutta方法进行光线追迹的理论计算,确定了制作新型回归反射面材的工艺参数.结果表明,按此条件制作回归反射面材可大幅度降低原先对折射率的过高要求,并显著提高回归反射的性能.

提出一种分析非平行波导间耦合的简明方法-耦合系数推广法.利用这种方法,导出一种新的非平行双波导的耦合方程,由此得到一组非平行波导耦合的完美的分析解,依据这些分析解可以优化非平行波导的传输距离、输入/输出端口波导间距和夹角.

对光电耦合器件1/f噪声和g-r噪声(产生-复合噪声)的偏置特性及其产生机理进行了实验和理论研究.结果表明:在低频段,光电耦合器件的g-r噪声通常表现为叠加1/f噪声,且两者均随输入电流的增加呈现先增大后减小的规律.通过测量前级噪声和后级噪声,发现光电耦合器件的g-r噪声源为后级光敏三极管.理论分析表明:光电耦合器件的1/f噪声主要为表面1/f噪声,g-r噪声则源于光敏三极管发射结空间电荷区的深能级对载流子的俘获和发射.

提出了一种基于液晶技术的新型可调谐滤波器结构,详细介绍了这种新型液晶可调谐滤波器的结构及其工作原理,用琼斯矩阵法推导出其光传输矩阵,得出了其光透过率表达式,并在数值上进行了仿真,得出了其幅度与相位的调制特性.同时分析了采用这种液晶可调谐滤波器八级级联组成动态增益均衡器的遗传算法优化仿真结果.利用优化得出的参数值,对该动态增益均衡器进行了实验,得出了DGE完整的光增益透过谱,实验结果与理论分析相吻合.

提出了一种基于人工神经网络的全光纤化大量程实时距离干涉测量仪.采用双正弦相位调制方法,即通过同时调制半导体激光器的波长和干涉仪的光程差实现外差测量.为了扩大干涉仪的测量范围和消除输出信号中的交叉敏感,采用人工神经网络进行信号处理,把两路经过初步解调的干涉信号作为输入样本,物体距离的实际值作为输出样本,对神经网络进行训练,以使其具有良好的推广能力.实验结果表明神经网络的使用不仅扩大了距离的测量范围而且提高了测量精度.

由于斜入射时,光学薄膜存在一定的偏振效应,将产生S-和P-偏振光的光谱分离.在Philips棱镜系统中,分色合色膜系通常分色时对S-光应用,合色时则对P-光应用.从提高光能利用率、减少杂散光和增加系统对比度等因素综合考虑,要求分色合色膜系的S-和P-偏振光的分离尽可能小.新设计方法采用宽带法布里-珀罗薄膜干涉滤光片中心波长两侧的干涉带作为长波通或短波通截止滤光片,可实现S-和P-偏振分量的分离几乎为零.

用热蒸发方法沉积了薄膜滤光片.并将样品分别在去离子水中浸泡10天和30天.通过分光光度计、光学暗场显微镜、及扫描电子显微镜等多种测试手段,对诱导透射滤光片在潮湿环境下的稳定性进行了研究.实验发现,在潮湿环境下滤光片产生的膜层分离都是从薄膜中微缺陷点处开始发生和发展的,微缺陷是影响滤光片环境稳定性的重要原因之一,其中杂质和针孔是滤光片中两种最常见的微缺陷.EDS能谱分析进一步表明,薄膜中杂质缺陷成分即为Al2O3膜料本身,所以不能推测,薄膜沉积中的喷溅可能是微缺陷产生的根本原因,抑制喷溅可以有效提高薄膜滤光片的环境稳定性.最后还用扩散理论对微缺陷引起滤光片失效的机理进行了分析.

提出了一种采用光热激励和光拾取的全光谐振技术方法,确定硅微机械薄膜的杨氏弹性模量.该方法基于光热激励的致动机理,使用调制光对硅微机械薄膜结构进行光热激励使之谐振,利用光纤传感技术拾取其谐振频率信号,进而利用谐振理论模型确定其杨氏弹性模量.为准确确定杨氏弹性模量,利用了硅微薄膜结构的前三阶谐振频率进行多次测量,求均值的方法.为简化光激励测试系统,设计了新颖结构的单光源激励测试系统,同时实现了对微机械薄膜结构的激振和信号拾取.

光栅透镜因其独特的光学性能而具有广泛的应用.根据光栅透镜的线宽和间距微小渐变的特点,建立了光栅透镜的物理模型,并利用严格模式理论对其衍射特性进行分析.该方法物理概念清晰、公式简洁.对光栅透镜实现谐波分离、聚焦功能时的衍射效率与槽深关系的计算结果表明,其计算速度快、数值计算结果准确可靠.并对加工误差的影响进行了模拟计算,说明了在当前的微细加工的工艺水平条件下,能够制作出满足ICF系统要求的光栅透镜.实验上制作了尺寸为φ100 mm的大面积光栅透镜,其衍射效率的实验测试结果与理论计算结果一致.

采用线性化近似,计算了加性信号调制下的由具有指数关联的两白噪声驱动的单模激光增益模型的光强关联时间.发现两噪声间关联程度对光强关联时间随噪声强度的变化曲线有很大的影响,两噪声间关联程度取不同值时,光强关联时间随噪声强度的变化曲线中将出现极大值(即出现共振)或极小值(即出现抑制).

本文采用计算机系统仿真方法,研究了相敏光放大器(PSA)作为在线放大器时光孤子系统中放大器间距对系统传输性能的影响,研究了平均孤子传输方案.仿真结果表明:当放大器间距与色散距离比值小于0.1时,系统能够保持良好的传输性能;在比值大于0.1情况下,系统的传输性能劣化较快.这是由于PSA增益的相敏特性导致孤子脉冲能量的损失所引起的.采用微调放大器增益的方法能在一定程度上补偿PSA放大导致的孤子能量损失,但这种改善是以增大孤子脉冲旁瓣幅度为代价的.

提出了针对等幅均匀复用的光时分复用信号进行全光时钟提取的一种新方案,理论上分析了该方案的可行性,并给出了各次谐波时钟频率分量大小的表达式.实验上利用该方案成功地从等幅均匀复用的8×2.5 GHz信号中提取出了2.5 GHz单路时钟和20 GHz群路时钟光脉冲.此技术可应用于高速OTDM信号的时钟提取.

提出了一种解决不同优先级突发包之间资源竞争的方案,分析了该方案下不同优先级的性能(时延和丢包率).研究结果表明:高优先级突发包的平均时延和丢包率都远小于低优先级突发包,因此该方案能为高优先级突发包提供很好的QoS保障.

制备了人工opal晶体模板,运用MOCVD方法在SiO2人工opal球体间填充了高折射率的InP晶体,选择了MOCVD生长InP的有关参数.样品扫描电子显微镜及反射谱结果检测显示,InP晶体在二氧化硅间隙中的生长是均匀的,具有较好的结晶质量;高介电常数的InP的填充使人工欧泊光子晶体的光子禁带效应增强,反射峰移向长波长区.光学特性检测结果与理论计算值得到较好的符合.

采用自制的低压金属有机化学汽相淀积LP-MOCVD设备, 在(100)面偏(110)面 9°的Ge单晶衬底上外延生长了GaInP₂材料,研究了生长温度、Ⅴ/Ⅲ比、生长速率等生长参数对GaInP₂材料的表面形貌和固相组分的影响.结果表明,当GaInP₂材料的生长温度为650～680℃,生长速率为25～35 nm/min,Ⅴ/Ⅲ为180～220时,获得了满足级联电池的GaInP₂材料.

基准平面的确立,是进行表面参数评定的基础;建立理想的基准平面,在几何量形位公差检测及相关工程测量方面具有重要作用.为了建立高精度的激光扫描基准平面,对扫描平面形成过程中光束的传播进行了详细分析;根据光学矢量反射定律,推导出了扫描误差的理论公式;在此基础上揭示了误差补偿的基本原理,导出了用于补偿扫描机构产生的扫描误差的理论公式;提出了据此准则进行设计的扫描机构的模型.分析表明,用激光及其扫描装置建立光学基准面时,扫描误差是不可避免的,这种误差不加补偿,则最终将引入基准光学平面影响基准精度,进而降低参数的评定精度;借助于所推导的误差补偿公式,是可以补偿这种误差的,这对于建立高精度的扫描基准平面具有理论指导意义.

设计了一种基于Fabry-Perot干涉波长测量仪.这种测量仪使用两个Fabry-Perot干涉腔,其中一个作为测量腔、另一个作为参考腔,测量腔的一个反射面与被测对象安装在一起,参考腔的一个反射面与压电陶瓷安装在一起.根据透射光谱中心波长与其干涉腔长之间的关系,当参考腔与测量腔的透射光谱中心波长完全重合时,对纳米级微位移实现实时测量.光源采用半导体激光器,可获得所需要的波长值和波长变化范围.实验结果表明,这种测量仪测量误差不大于1.5 nm,该精度可以满足精密机械加工、光电子和微电子加工以及纳米级测量技术等领域的精度要求.

从传像方式上给出了光锥的理论传递函数,并提出了利用星点像分析测试其MTF的方法,通过具体实验给出了MTF的测试结果.测试结果表明,合理的选取测试组件参数,可以得到光锥在较大频率范围内的光学传递函数(>100 lp/mm).从MTF趋势上看,测试结果与理论推导呈一致性.

本文采用直接对矩形波板成像的办法,测得系统的对比传递函数,然后再利用系统对比传递函数与系统的调制传递函数的关系,得到系统的调制传递函数.该方法克服了传统刀口扫描法的缺陷,消除了由于离散型光学元件的离散性产生的空间非平移不变性的影响,减小了测量误差,提高了精确度.

采用固体浸没透镜的光存储方法是提高光存储密度的比较实用的近场光存储方法,而严格控制SIL下底面与光存储介质之间的亚波长级距离是此光存储系统正常工作的前提.本文采用电容法测量SIL的飞行高度,采用弹性悬臂将SIL加载在转盘表面上,转盘以不同速度转动时SIL将悬浮在不同的高度.计算机首先采集到SIL的飞行高度信息,再与设定的飞行高度作比较,根据比较结果调整转盘转速,从而达到调整SIL飞行高度的目的.采用此方法,可以动态地将SIL的下底面控制在距高速转动的转盘表面上150～600 nm范围内的一定高度上.

研究了荧光谱线分布对共焦荧光显微镜中分辨率的影响,导出了荧光谱线分布的荧光功率传输函数、三维脉冲响应函数.数值计算了荧光谱线均匀分布的情况,结果表明:与采用单一中心荧光波长的分辨率比较,共焦荧光显微镜的横向分辨率、纵向分辨率随着荧光谱线范围和色散的增大而下降;谱线响应范围小的探测器有利于分辨率.

转镜式高灵敏度干涉光谱成像仪(ROSI)是一种新型傅里叶变换光谱成像仪,采用了基于Sagnac横向剪切干涉仪的精密转镜扫描机构,通过旋转Sagnac干涉仪的一个反射面,得到被探测目标的空间与光谱信息.ROSI具有共光路、无狭缝、实时性好等特点,因此具有较高的系统稳定性和探测灵敏度并可凝视成像.通过与现有的多种高灵敏度干涉光谱成像仪的比较,表明ROSI克服了现有技术中存在的主要缺陷.

简单介绍了LIA注入器中强流脉冲电子束能谱分布及发射度的测量原理.应用变象管扫描相机测量了脉冲宽度为100ns的强流脉冲电子束的能谱分布及发射度两个参量,得到了具有时间分辨本领为1ns的切伦科夫辐射图像.为强流直线感应加速器的研制,提供了实验数据.

提出一种空间光束捕获、跟踪设计方案,在实验室条件下实现其主要功能,并对其定位精度和实时性进行了分析,结果表明:信标光定位处理的时间为25 ms,角度测量的相对误差为1.3%,显示出良好性能.同时,为由理论分析到实际星载PAT系统提供试验依据.

利用在光源出端加单段保偏光纤和在消偏器后端加Loyt消偏器,可以使进入光纤线圈的光的偏振度降到10-3数量级,降低了因外界因素对线圈中光偏振态的影响而产生的光纤陀螺偏振误差.并用琼斯矩阵计算的方法,分析了光路中四个胶合角与偏振度的关系及每个角度的取值范围.最后探讨了工艺上胶合角度测量与实现.

提出了一种基于双随机相位的图像实值编码方法,该方法可应用于光学图像加密.要编码的纯相位图像分别在空间域和频域加入随机相位掩膜,其中在频域将编码范围扩大4倍,经过光学系统的变换,将生成的图像取实部作为编码图像.实值编码的图像利用与编码过程类似的方法进行解码,可以准确地重建原图像.该编译码方法简单,编码图像是一个近似随机噪声的实值图像,便于数字图像的传输与输出.

针对实时SAR成像处理中相关运算量大的特点,提出了新的频域分解快速算法和优化设计方法.根据参数优化准则,选择合适的填零个数和DFT点数分解方式,分析出利用频域分解和频域分段两种算法,可以大大减少相关运算中FFT变换的运算量.在不同情况下,详细分析了多种算法的速度性能和适用性.在并行多处理器上利用此算法,降低了SAR实时成像的运算量和成像延迟,显著提高了SAR实时成像的处理速度.