研究了低密度奇偶校验编码与正交频分复用相结合的编码调制技术，从理论上分析了光纤链路中色散和频率选择性衰落的影响，并通过数值模拟仿真，比较了不同编码码率的编码调制信号在长距离单模光纤传输和多模光纤接入网络中的传输性能.仿真结果表明，采用码率为0.75的长码型非规则的低密度奇偶校验编码与正交频分复用相结合的编码调制技术更适合光纤通信系统中的长距离传输和多模接入网络.

采用非对称Y分支波导和多模干涉型耦合器级联的方案设计出了一种光纤到户用单纤三向复用器芯片.模拟光谱响应结果表明,三个波长输出光斑清晰，实现了1 490 nm和1 550 nm下行波长的下传和1 310 nm波长的上传.有限差分束传播法模拟结果表明:该器件插入损耗小于1.49 dB,三个响应波长的带宽满足ITU.984 规定的带宽要求;1 310 nm上传信号隔离度达到47 dB以上，1 490 nm与1 550 nm间信号隔离度达到29 dB以上.

通过有限元法建立模型，讨论了布喇格光纤设计参量对光子带隙的影响，发现当增加掺锗玻璃环的厚度或折射率时，会使带隙移向长波.通过在紧邻纤芯处施加一层掺氟低折射率玻璃，设计了一种大模面积W型布喇格光纤.计算表明：W型布喇格光纤可以有效减小限制损耗，提高光纤的抗弯曲能力.本文设计的布喇格光纤的纤芯直径为30 μm，在波长1.06 μm限制损耗约为0.1 dB/km，且维持单一横模传输.

基于旋转光纤耦合模理论，对窄带和宽带旋转光纤圆起偏器的特性进行了计算分析.研究了注入光的偏振态、光纤固有线双折射和旋转速率对窄带圆起偏器最小工作长度的影响,并借助多包层光纤的分析方法，分析了旋转光纤各参量变化对宽带圆起偏器工作带宽的影响.结果表明:窄带圆起偏器的最小工作长度与光纤固有线双折射和光纤旋转速率有关，而与注入光的偏振态无关;改变光纤旋转速率可调节宽带圆起偏器的工作带宽,改变应力区到纤芯的距离可改变宽带圆起偏器的中心波长.

为使光纤传像束具有良好的传光、传像性能，需要对原始材料的匹配性进行优化设计.本文引入PbO等阳离子半径大的材料作纤芯，用低折射率SiO2和B2O3材料作包层，选择BaO等酸溶速率高的材料作为酸溶层，研究了纤芯、包层和酸溶层玻璃材料之间物化性能和光学性能的匹配性.通过差热分析和光谱透过率等多种实验手段，对这三种玻璃材料的光学和热学性能进行了测试和分析，优化设计出了酸溶法光纤传像束所需要的原料配方.结果表明：在纤芯、包层和酸溶玻璃材料中分别引入质量分数为45%PbO、60% SiO2和40%(B2O3 +BaO)以上时，酸溶法光纤传像束材料的匹配性最佳，该研究和设计对高质量光纤传像束的制备和应用具有重要意义.

为了实现高显色指数和流明效率的白光发光二极管,在(0001)蓝宝石衬底上利用金属有机化学气相沉积系统,生长了双波长发射的InGaN/GaN多量子阱发光二极管结构.通过对不同In组分含量的双波长发射发光二极管结构的光致发光和电致发光性能进行分析，结果表明In组分含量对双波长发射发光二极管的光致发光谱的稳定性及发光效率有重要影响.此外，用双蓝光发射的芯片来激发YAG:Ce荧光粉实现了高显色指数白光发射.

相对于传统的无机半导体材料，有机半导体材料特别是有机电子传输材料的载流子浓度和迁移率较低，从而影响了有机发光器件的亮度、效率等性能.为了提高有机发光器件器件性能必须增强电子注入和传输能力，对有机电子传输材料进行n型电学掺杂能够有效地提高电子的注入和传输能力.本文利用Li3N作为n型掺杂剂，以掺杂层Alq3∶Li3N作为电子注入层，有效地提高了有机发光器件器件的性能，在掺杂浓度为5%，掺杂层厚度为10 nm时器件性能表现为最优.Li3N在空气中稳定，并且在较低的温度和压强下能分解产生Li原子和氮气，避免了采用金属掺杂剂如Li、Cs等材料时易受空气中水分和氧气影响的缺点，有利于工艺处理.

采用Li3N掺杂电子注入层Alq3∶Li3N，制作了一种结构为ITO/Alq3 Alq3∶Li3N/Alq3/NPB/MoO3/Al的倒置底发射有机发光器件.其中ITO玻璃作为透明阴极，金属Al作为顶部阳极，在ITO阴极与电子传输层之间加入Li3N n型掺杂层， 改善了该器件的电子注入和传输能力；在Al阳极与空穴传输层之间加入MoO3缓冲层，降低了Al阳极与NPB之间较大的空穴注入势垒，改善了空穴注入能力.实验表明:此结构的倒置底发射有机发光器件性能可达到传统结构的常用有机发光器件如ITO/NPB/Alq3/LiF/Al的性能，完全可以满足非晶硅薄膜晶体管有源有机发光器件中驱动电路的匹配及性能要求.

为了从理论上分析提高非晶硅太阳能电池的转化效率，运用微电子和光子结构分析一维器件模拟程序模拟非晶硅太阳电池a-SiC∶H/a-Si∶H/a-Si∶H结构，分析比较了不同前端接触透明导电层的功函数ФITO、禁带宽度、本征层厚度、掺杂浓度、缺陷态密度等因素对太阳电池性能的影响.模拟得到，在功函数达到5.1 eV，禁带宽度1.8 eV，本征层厚度265 nm等最优化条件下，非晶硅太阳能电池转化效率达到9.855%，比一般非晶硅太阳能电池转化效率高近2%.

基于贵金属纳米粒子的局域场增强效应，利用透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计等分析手段研究了纳米银粒子对表面吸附罗丹明B的光谱学性质的影响以及罗丹明B-纳米银体系中加入电解质离子后，电解质离子与纳米银、染料分子间的相互关系和作用.研究结果表明，当罗丹明B溶液的浓度小于0.6 μmol·L－1时，微量纳米银可使其荧光强度略增加，继续增加纳米银浓度则造成荧光强度下降.当罗丹明B溶液的浓度高于0.6 μmol·L－1时，纳米银总是引起溶液的荧光强度下降.KNO3、KCl、Ca(NO3)2、MgCl2和CaCl2电解质可造成纳米银粒子不同程度的聚集和生长.引起的纳米银粒子的聚集程度关系为：CaCl2>MgCl2>KCl>Ca(NO3)2>KNO3.随着电解质加入量的增加，溶液的荧光强度先下降，而后又逐渐增强，直至达到定值.各电解质对罗丹明B-Ag溶液的荧光强度影响强弱关系为Ca(NO3)2>CaCl2>MgCl2>Cl>KNO3.

用传统熔融淬冷法制备了一系列(100－x)(GeTe4.3)－xAgI (x=5, 10, 20, 30)硫卤玻璃.并通过阿基米德法、XRD衍射、差热分析、可见/近红外吸收光谱、红外透射光谱等手段研究了该硫卤玻璃的热稳定性和光学特性.研究表明随着AgI含量的增加，玻璃的密度从5.591 g·cm－3递增到6.314 g·cm－3；折射率从3.73上升到5.70；XRD衍射数据表明该玻璃体系在较宽的组分范围内没有微晶析出，说明成玻范围较宽；差热分析表明当x=5时玻璃有着最高的转变温度206 ℃；AgI含量增多时短波截止限发生红移，红外截止波长基本不变(均超过25 μm)，表明此硫卤玻璃材料在远红外领域有很大的潜在应用前景.

采用各向同性腐蚀法制备多晶硅绒面,腐蚀液为HF和HNO3的混合溶液,缓和剂为NaH2PO4.2H2O溶液.利用SEM、AFM和紫外分光光度计对硅片绒面进行检测和分析，初步探讨了酸腐蚀机理.结果表明：采用NaH2PO4.2H2O溶液作为缓和剂，腐蚀后的硅片表面具有均匀的腐蚀坑,表面陷光效果较好，通过优化各种参量,反应速度可以控制在2 μm/min左右,适合工业生产的要求.在富HF时，硅片表面易形成尖锐边缘的腐蚀坑,出现或多或少的小孔，反射率最低可达16.5%～17.5%；在富HNO3时，硅片表面易形成腐蚀坑较浅、尺寸偏大的气泡状绒面或光面，反射率较高.

为了探讨Sm3+/Eu3+共掺体系的荧光光谱特性和能量转移机理,采用水热-烧结法制备了Sm3+/Eu3+共掺LaOF纳米晶体颗粒,并用X射线衍射和透射电子显微镜对纳米晶体颗粒进行了表征.结果显示,所制备的纳米晶体颗粒呈六方相,均匀性和分散性良好,平均粒径为70 nm左右.通过442 nm连续光激发,在六方相LaOF:Sm3+/Eu3+纳米体系中实现了Sm3+离子向Eu3+离子的能量转移,观测到了因能量转移效应而产生的Eu3+离子5D0能级的荧光发射谱线.光谱学研究发现,能量转移源于Sm3+离子4G5/2能级向Eu3+离子5D0能级的弛豫过程,并且随着受主离子Eu3+浓度的增加,能量转移效率也随之提高.

为了研究一维光子晶体中光波的全反射贯穿效应，利用传输矩阵法计算了TE波和TM波在大于全反射角入射一维光子晶体的透射率.在透射波中发现了全反射贯穿效应,得出了全反射贯穿效应随入射角的变化规律、全反射贯穿效应的波长特性以及全反射贯穿效应随介质光学厚度的变化规律.利用波的量子理论和渐逝波的理论对一维光子晶体的全反射贯穿效应作出了理论解释.

对零折射率手征介质(介电常量和磁导率同时等于零的手征介质)作为包层的光纤中模式的奇异特性进行了理论研究.给出了导模的电磁场分布公式，推导出导模色散方程和功率的数学表达式，通过数值计算，给出了不同手征参量情形下的色散曲线，讨论了手征参量对归一化功率的影响，发现了导模的一些奇异特性，如存在表面波模、基模单模区，出现传播常量双值、模式交叉、功率储存现象等，特别是出现了纤芯和包层中的功率都为负值的完全后向波奇异模式.

通过对用于微分相衬成像吸收光栅效率及光源空间相干性分析，提出一种新型阵列光源替代现有普通光源加吸收光栅模式. 根据相位光栅自成像强度分布及吸收光栅效率对干涉成像对比度的影响分析，吸收光栅厚度一般应大于100 μm，而目前微加工工艺难以完成所要求的吸收光栅结构.结合光源亮度及成像对比度分析，给出阵列优化结构，并制作该光源，相关测试验证其可行性.

对存在光损耗的串联双微环谐振器的滤波特性进行了研究.在理想耦合条件下，当环间耦合系数确定时，分析了光损耗的大小对主谐振峰的透过率、带宽、形状因子，以及伪模峰值透射率的影响，揭示了光损耗对滤波特性影响的规律.分析结果表明：主谐振峰和伪模的透射率随损耗的增大而下降，环与直波导间的耦合系数随损耗的增大而变小，而带宽和形状因子无明显变化；有损耗时环与直波导间的耦合系数不能过大也不能过小.

设计并研制了一种新型的基于迈克尔逊干涉的光纤弯曲传感器.该光纤弯曲传感器由两根光纤组成的光纤带固定于弹性弯曲结构上来产生迈克尔逊干涉信号，用光纤折射率匹配液填充微型腔,并施加音频振荡信号对相位干涉信号实现低频调制.采用相位生成载波技术对相位干涉信号进行调制和解调，实现了对曲率变化高精确度的检测.实验测试了该光纤弯曲传感器的相位干涉信号与光纤带弯曲曲率的关系，并与理论分析对比.结果表明该光纤弯曲传感器具有43.96 rad/m－1的灵敏度及0.004 m－1的高分辨率.

针对0.5%VOL以下的低浓度甲烷气体，设计了一种基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱的光学式甲烷气体传感器.调谐激光器扫描甲烷气体位于1 653.72 nm处的吸收谱线，采用一次谐波“峰-平比”对气体浓度进行测量.该方案能够有效地消除激光器光强波动和其它同类光功率波动所带来的影响，通过标定后的测试实验表明传感器测量准确度可达0.02%VOL.

在刑侦现场勘查不同物证痕迹时，采用多波段光源对痕迹进行获取，而多波段光源是利用不同性能的干涉截止滤光片以获得不同波段的输出光.为了寻找衣物上体液和其它痕迹，利用干涉滤光片的组合方法，采取电子束蒸发并加以离子辅助沉积系统，根据薄膜干涉滤光片理论并借助膜系设计软件，制备了低成本高质量的450~520 nm波段高透射矩形波.通带透过率大于99%，其它波段透过率小于0.2%，陡度S<3%，并通过了酸碱度环境的检测.重点讨论了膜系设计中波纹产生的原因及波纹的的压缩.

提出了金属薄膜厚度对薄膜中自由电子的平均自由程影响的物理模型,并给出了薄膜中自由电子的平均自由程的修正公式.理论研究表明：当膜厚小于自由电子的平均自由程时，薄膜中电子平均自由程随膜厚的减小而减小;当膜厚大于或等于自由电子的平均自由程时，薄膜中电子的平均自由程与块状材料一样.利用薄膜中电子平均自由程的计算公式，修正了薄膜导电率的基本理论表达式，再利用金属薄膜的反射率与薄膜导电率的关系，得出金属薄膜厚度对其光反射率的影响.计算机模拟表明：当薄膜厚度小于电子自由程时，金属薄膜反射率随薄膜厚度变化而呈非线性关系.

为了控制激光束的传输,使激光光束能根据实际情况在特定的位置聚焦,并且保证在传输过程中光束质量不退化,根据透镜聚焦和非线性介质的自聚焦理论,研究了高功率会聚激光光束在两者共同作用下焦点位置的变化.分析了各种因素对高功率激光光束的焦点位置的影响,并通过数值求解光束在非线性Kerr介质中所遵循的非线性薛定谔方程,得到焦点的位置变化和光束初始束宽,输入功率以及透镜焦距的关系,从而找到了控制焦点位置的方法.基于非线性薛定谔方程,对理论分析进行了相应的模拟验证,结果相互吻合.

根据延迟光反馈垂直腔面发射半导体激光器动力学模型，数值模拟了激光器的混沌动力学特性，分析了外腔长度和光反馈强度对激光器混沌动力学特性的影响.结果表明：外腔较短的激光器，经过混沌区后仍会回到锁频状态；外腔较长的激光器，经过混沌区后不是进入锁频状态而是回到周期1.取定激光器外腔长度为3.0 cm，使反馈强度由小增大，得到激光器由倍周期分岔进入混沌的过程，并在混沌区中出现周期12窗口.本文对混沌保密通信的实际应用具有一定的理论参考价值.

采用近红外光谱技术实现颅脑损伤的无损监测过程中,存在着检测深度不明确的问题.利用Monte Carlo模拟光子在生物组织中的传输过程，建立有效检测深度模型，对光纤探头在大鼠创伤性脑水肿模型中的有效检测深度规律进行了研究.采用不依赖于模板的阈值分割和窄带水平集分割方法，将大鼠头部MRI图像分为头皮、头骨、脑脊液、灰质和白质五部分，建立真实的大鼠脑组织三维模型，使Monte Carlo仿真结果更加准确.改进复杂组织光场分布仿真的tMCimg软件，使其能够实时记录光子在组织中的位置和光子被检测器接收时的能量，从而计算出探头在组织中的有效检测深度.分析了不同光源和检测器的中心距、光源芯径对有效检测深度的影响，结果表明光在大鼠脑组织中的有效检测深度小于或者等于光源和检测器中心距的一半，并随光源芯径的增大逐渐增大.建立大鼠脑水肿模型，验证了仿真结果的正确性.研究结果对于无创脑水肿模型的光纤探头的设计和脑水肿区域的判定有着重要的意义.

为了将生物超弱光子技术应用于萌发过程中小麦种子的抗旱性评价，采用聚乙二醇处理萌发的小麦种子，跟踪测量了正常和渗透胁迫下小麦种子萌发过程中的超弱光子辐射，得到了小麦种子萌发过程中超弱光子辐射的自发发光和延迟发光信号.通过建立延迟发光动力学方程和数学拟合获得了种子萌发过程中延迟发光初始光强I(0)、衰减参量β、相干时间τ和延迟发光积分强度I(T)，根据延迟发光积分强度和自发发光的生物学意义构建了用于描述细胞状态及其有序性的状态参量和序参量.实验结果发现:小麦种子萌发过程中，自发发光和延迟发光积分强度呈现阶跃式增长，细胞系统的状态参量和序参量也呈现阶跃式的增长，渗透胁迫抑制了这种增长，提示基于光子辐射的细胞系统的状态参量和序参量有可能作为种子抗旱性评价的物理指标.

隐身飞机尾焰的红外辐射是隐身飞机探测的主要辐射源. 本文提出了一种新的隐身飞机尾焰红外辐射特性计算模型. 该模型以普通飞机尾焰红外辐射特性计算模型为基础, 进而考虑红外隐身措施的影响, 间接实现隐身飞机尾焰的红外辐射特性的计算. 计算模型分别考虑了隐身飞机的二元喷口、引射技术、红外遮蔽云以及遮挡对尾焰辐射的影响. 计算结果得出, 添加隐身措施后尾焰辐射强度仅为添加前辐射强度的5.8%. 针对隐身飞机尾焰红外辐射特性很难获取的问题, 将计算结果与喷灯燃烧航空煤油的光谱峰位数据进行了比较, 实验结果显示隐身前后辐射能量量级变化与国外文献相同, 表明该模型可以用于隐身飞机尾焰红外辐射特性计算.

针对光电联合变换相关器目标识别的实际应用，对待测红外目标图片进行多小波变换，并利用模极大值法提取其边缘.通过获取更多的轮廓信息，从而提高对目标的识别能力.计算机模拟了常用于红外目标处理的多小波GHM和SA4,实验结果表明:基于GHM多小波提取的边缘能获取大量的图像轮廓信息，其识别结果明显优于SA4多小波.将目标原图的光学相关探测结果与基于GHM多小波提取的边缘图像光学相关探测结果进行比较发现，经多小波预处理后的边缘图像能有效增强相关峰强度.

为了获取高质量的数字全息显微再现像，分析了同轴相移数字全息显微系统结构参量对再现像质的影响.首先经过计算得出理想成像时，像空间物光波频率完全由物体面形结构频率和系统放大倍率决定.然后基于显微成像时物光波的所有频率分量都应该被有效记录的分析，得出在同轴相移系统中放大倍率必须使物光波的空间频率缩小到满足采样要求；并得出在相同的放大倍率下记录距离会影响有效记录的物体尺寸，记录器件离开像平面的距离越小，有效记录的物体尺寸越大，在像平面上时有效记录的物体尺寸最大.计算机仿真和光学实验都证明了上述结论的正确性.

通过介绍六粒子纠缠态的新应用研究，提出了一个二粒子任意态的信息分离方案.在这个方案中，发送者Alice、控制者Charlie和接受者Bob共享一个六粒子纠缠态，发送者先执行两次Bell基测量;然后控制者执行一次Bell基测量;最后接受者根据发送者和控制者的测量结果，对自己拥有的粒子做适当的幺正变换，从而能够重建要发送的二粒子任意态.这个信息分离方案是决定性的，即成功概率为100%.与使用相同的量子信道进行二粒子任意态的信息分离方案相比，本文提出的方案只需要进行Bell基测量而不需要执行多粒子的联合测量，从而使得这个方案更简单、更容易，并且在目前的实验室技术条件下是能够实现的.

针对红外和可见光图像融合效果评价问题，在分析图像结构相似度算法基础上，结合人眼视觉特性，提出了基于结构相似度与感兴趣区域的图像融合评价方法.利用红外和可见光传感器各自成像特性形成的不同图像特征，分别划分图像感兴趣区域和剩余区域.根据人眼对不同区域的重视程度，分别赋予不同的加权因子，较以往评价方法更突出了图像重要特征在评价结果中的影响，且评价过程无需标准参考图像，实验结果表明该方法能对融合图像质量进行正确评价，其客观评价结果与主观评价结果具有一致性.

提出了一种针对一类图像进行稀疏表示的字典训练方法，并证明了该算法的收敛性.该算法的几何解释是，以最少的超平面来逼近样本所在的一小块球冠.算法流程为聚类每一步迭代所产生的余项，将聚类中心作为新的字典原子，令字典能够更适应于样本的稀疏表示.该算法与传统的字典训练方法相比具有适应性强，对训练样本规模和字典规模要求低，收敛速度快，算法复杂度低等特点.利用该算法训练得到的字典用于压缩感知、图像去噪等实验表明，该字典具有很好的效果.

用密度泛函理论的B3LYP方法在6-311G(d)水平上对AlB+n(n=2~10)团簇几何结构、稳定性、电子结构和成键特性进行了系统理论研究,得到了AlB+n(n=2~10)团簇的最稳定结构.结果表明,硼原子间容易聚集,铝原子处于整个硼原子集团的外围.与相应中性AlBn团簇相比,Al-B键作用变弱,使正价团簇(n=6和10除外)结构变化较大；对AlB+n(n=2~10)和相应中性团簇能隙的计算分析表明,AlB+n 团簇的稳定性有所增强,其中AlB+3、AlB+5和AlB+8团簇尤为显著；通过对最稳定构型红外振动光谱的研究分析表明,硼原子间对称或非对称振动、铝原子不动的振动模式更容易出现较强谱峰,即硼原子间更容易成键.