主要介绍利用超快激光技术产生和探测THz波辐射。THz波探测方法包括电光取样和空气探测。 电光取样利用光学电光效应, 采用探测激光偏振态的改变得到THz电场时域波形, 广泛应用在TDS系统中。 空气探测方法利用激光在空气中的三阶非线性效应, 可以测得THz时域波形, 并且该方法没有晶体的限制, 因此可以探测频谱较宽的THz脉冲。产生THz的方法主要包括光电导天线、光学Dember效应、光整流和激光等离子体。 其中前三者受到材料本征声子的影响, 产生的THz谱宽有一定限制。倾斜激光脉冲波前入射非线性晶体光整流可以 产生很强的THz波。双色飞秒激光脉冲与空气等离子体作用, 可以产生较强的宽谱THz辐射, 并且其谱宽与激光脉冲宽度密切相关。

在大气环境下利用脉冲Nd:YAG激光532 nm输出烧蚀Ni靶, 产生了激光等离子体。 在350～600 nm波长范围内测定了激光诱导等离子体中Ni原子的空间分辨发射光谱。得到了385.83 nm发射光 谱线的Stark展宽及其随径向的变化特性。由发射光谱线的强度和Stark展宽计算了等离子体电子密度, 并讨论了激光等离子体的空间演化特性。结果表明, 在沿激光束方向上, 当距离靶表面0～2.5 mm范围内变化时, 谱线的Stark展宽、线移和电子密度都随距靶面距离的增大而先增大, 在离靶面约1.25 mm处时达到最大值, 之 后随距离的进一步增大而减小;电子密度在0.1～3.0×1016 cm-3范围内变化。

利用烟雾箱反应装置, 开展了OH自由基启动的异戊二烯光氧化生 成二次有机气溶胶(SOA)反应的研究。 用质子转移质谱仪(PTR-MS)监测反应物异戊二烯浓度、气相产物异丁烯醛和甲基乙烯酮(m/z=70)浓度随反应时间的变化; 用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)监测二次有机气溶胶产生和生长过程;用同步辐射光电离质谱仪(SRPIMS)检 测不同反应时刻的光氧化气相产物的质谱。实验数据显示随着反应时间的增长, 异戊二烯浓度逐渐减少, 主要气相产物的浓度逐渐增加, SOA逐渐产生和增长;当异戊二烯快要消耗完时, SOA仍然继续增长。 它表明由于有机气溶胶粒子的产生, 主要的气相产物表面上发生的后续反应或者非均相反应产物对SOA的生长具有促进作用。

利用多光子电离技术和飞行时间质谱仪实验研究了醇/水混合团簇的光电离质谱。 在脉冲激光波长为355 nm条件下, 观测到以质子化 (ROH)n(H2 O)H + 混合团簇离子和 (ROH)n H + 团簇离子为主的电离产物。醇水混合团簇电离后团簇离子发生内部质子 化转移反应是形成质子化团簇离子的主要原因。应用量化计算, 构造了质量数较小的几个团簇离子的 可能的空间几何构型, 发现二元团簇离子 (CH3 OH)n (H2 O)H + 是以 (CH3 OH)H + 作为内核离子, 再通过氢键 与其它分子组合而构成团簇离子。

基于功率密度的二阶矩方法, 数值模拟研究了非傍轴余弦平方-高斯光束的束宽、 远场发散角和M2因子。计算结果表明: 1)束腰宽度W0(0)随w0/λ的增大而增大。 当w0/λ较大 (w0/λ≥0.5) 时, 束腰宽度随着偏心参 数的增大而减小。2) 当w0/λ→0时, 远场发散角趋于渐近值θ0max=63.435°, 与偏心参数α无关。3) 在非傍轴范畴, 余弦平方-高斯光束的M2因子不仅与偏心参数α有关, 而且还与初始束腰宽度和波长之比w0/λ有关。 当w0/λ足够小时, M2因子可小于1。对给定的偏心参数α, M2因子随w0/λ的变化并非总是单调的。 M2因子随w0/λ的增大而增大, 当达到最大值后又逐渐减小, 最后渐近趋于一稳定值。

报道了一种宽调谐单纵模光纤激光器。该光纤激光器采用环行器确保腔内激光的单向传输, 可以有效消除空间烧孔效应;采用复合腔的Vernier效应选取单个纵模;利用未泵浦掺杂光纤的可饱和吸收效应, 有效抑制光纤激光器的跳模现象;同时, 利用自行研制的光纤光栅调谐装置, 调谐激光器振荡波长。测试结果表明, 该单纵模光纤激光器输出激光的线宽为0.7 kHz, 功率为10 mW, 波长调谐范围为20 nm, 且调谐过程中始终保持单纵模特性。

基于LD端面泵浦掺镱硅酸钇(Yb3+:Y2 SiO5)晶体的激光特性, 考虑晶体侧面的热对流, 通过有限差分法求解各向异性介质热传导方程, 得到了该晶体的温度场分布、端面热形变分布, 计算了在不同泵浦功率下的热焦距。同时比较了考虑晶体侧面热对流系数前后的热焦距, 并进行了实验测量, 结果表明热焦距随泵浦功率的变化趋势同理论结果相符。

利用激光大气传输四维程序, 建立了双望远镜中继镜系统上行传输模型, 研究了孔径匹配对中继镜系统上行传输的影响。选择去除畸变相位后接收光场的 远场峰值功率密度作为中继镜系统上行传输的性能指标, 通过光束在真空中传输的计算, 得到了接收口径一定时不同发射口径对应的最优发射焦距, 并对不同发射功率激光在大气中 上行传输的情况进行了模拟计算。结果表明, 当接收孔径一定时, 随着发射孔径的增大, 最优发射焦距减小;增大发射孔径, 可以增大临界发射功率;当发射功率较小时, 在一定 发射口径范围内, 发射口径的变化对中继镜系统上行传输的性能指标影响不大, 当发射功率较大时, 增大发射口径可以有效提高中继镜系统上行传输的性能指标。

采用高温固相法合成了Ca3 (PO4)2:RE3+ (RE=Eu, Dy, Ce, Tb)系列发光材料, 研究了其发光性质。研究表明Ca3 (PO4)2: RE3+ 在紫外区域均能有效被激发, 有很强的荧光发射, 且发光范围覆盖蓝到红光波段, 是一类可以紫外激发实现白光LED用的潜在荧光粉。在0.005～0.03 mol 浓度范围内, Eu, Dy和Ce掺杂的荧光粉的发光都发生了浓度淬灭, 分别对应于0.025 mol, 0.025 mol和0.02 mol, 而Tb3+ 掺杂样品表现出高的发光淬灭浓度。

利用五粒子纠缠态作为量子信道, 实现四粒子W态量子信息的分离。 发送者Alice发送2、5粒子给Bob, 发送3粒子给Charlie。Alice对手中的六个粒子进行von-Neumann测量, 把测量结果告诉Charlie和Bob, 控制者Charlie对手中的单粒子进行投影测量, 再把测量结果告诉Bob, Bob根据 手中结果对手中的二粒子进行适当的幺正变换, 加两个辅助粒子, 再进行适当的量子门操作, 就可重建欲发送的四粒子W态, 该方案成功概率100%, 而且传输粒子较少, 易于实现。

利用自旋压缩研究了Yurke-like态的纠缠特性。Yurke-like态可以看成是一个对称量子态和两个特殊多粒子态的相干叠加， 因此可以通过研究叠加系数和相对相位对自旋压缩参数的影响来研究Yurke-like态的纠缠特性;利用求极值的办法得到了最佳压缩 方向角和最佳压缩值的解析表达式。结果表明：自旋压缩参数随叠加系数单调变化而随相对相位作周期性改变；粒子数越多， 压缩程度越高。

基于液晶折射率对温度和电场的特性，采用传输矩阵法，研究了含一缺陷层一维液晶填充光子晶体 缺陷模电场和温度调控特性。研究结果表明:当温度T在273～330 K内一定时，随着垂直入射光与电场方向 间夹角θ在(0, π/2)内增大， 缺陷模波长向短波方向漂移，最大调控波长为37.3 nm。当夹角θ在(0, π/2)内一定时，随着外界温度T在273～330 K内升高，缺陷模波长发生改变， 变化量先负后正，最大调控波长为21.9 nm。当θ=0.7505时，不管外界温度T在273～330 K内如何变化，缺陷模波长保持不变。温度对缺陷模波长的影响 比垂直入射光与电场方向间夹角θ对缺陷模波长的影响更弱。

运用自相似方法, 求出了二维谐振子调制势下光束传输方程的精确解析解, 并对光束在传输距离一定时其传输特性随量子数的变化规律进行了数值分析。结果表明, 在谐振子势调制下, 光束传播的波函数解为厄米特函数, 且在能量峰值上表现出类似于亮孤 子的中间能量高于外围能量的特性, 在几何分布上形成矩阵或方阵式波包。波包总数受x、y方 向的量子数取值影响, 波包能量幅值沿x、y轴的正负向均逐渐增大且关于矩阵的对角线或x、y轴对称。

研究了正切平方势阱中的线性与非线性光学吸收系数。使用密度矩阵近似的方法推导了该势阱中的线性与三阶非线性光学吸收系数的表达式; 以典型的AlGaAs/GaAs正切平方势阱为例计算了该系统中的线性与三阶非线性光学吸收系数的大小，数值计算结果表明，势阱的形状和入射光强 对该势阱中的光学吸收系数有着重要的影响。

基于Hirota双线性方法，得到了(2+1)维变非线性系数薛定谔方程的一个孤子解。数值模拟与解析解的一致性表明，在圆柱对称的坐标系中， 这种克尔型孤子形成了一类新的涡流型的空间孤子簇。这些孤子的传输是稳定的, 独立于传输距离。

开展了基于光纤后向相干瑞利散射原理的分布式光纤传感在管道安 全实时监测系统中的信号数值模拟和实验研究。 采用多个连续脉冲周期光纤相干后向瑞利散射光在有扰动情况的一维脉冲响应理论模型, 解释了外部扰动对整个后向 瑞利散射信号的影响。并且对理论模型进行数值模拟, 直观展示了相干后向瑞利散射光功率关系曲线;通过对4 km长度的 光纤进行扰动传感实验, 有效地定位了扰动的发生;并且提出了一种利用软件寻峰归一化 提高后向瑞利散射功率信号信噪比的方法, 可以减少平均次数, 从而增大可提取扰动频率范围。

利用光线追迹法, 研究了典型光纤拉曼探头在纳米结构损伤限制下收集到的表面增强拉曼散射(SERS)功率与样品位置之间的关系。 结果表明, 对于不同焦距构成的同轴等光程光纤拉曼探头, 在给定的纳米结构损伤阈值激发光功率密度下, 样品偏离焦平面反而会使探头收集到的SERS功率增加, 相比于样品远离探头方向偏离焦平面, 靠近探头方向 偏离焦平面时收集到的SERS功率更高。此外, 收集光纤芯径越大, 探头所收集的SERS功率越大。

对组合锥型光纤表面增强拉曼(SERS)探针的结构参数进行了设计与优化。 通过建立描述消逝波激发 组合锥光纤探针表面纳米颗粒的激发光衰减系数模型, 结合激发光经渐变锥段的全反射传输、探针平直段与 激发光纤间的模式匹配原理, 给出了组合锥型光纤SERS探针的结构参数设计与优化方法。利用该设计与优化方法, 在给定光纤和纳米颗粒结构以及周围环境和激发光功率下, 进行了光纤SERS探针结构参数的模拟设计。

在有效质量包络函数理论下，利用变分法计算了未加电场以及加入电场后GaN/Alx Ga1-x N双量子阱中施主杂质各种情况下的束缚能，讨论了双量子阱中间势垒高度、施主杂质位置对 杂质束缚能的影响。给出了加入电场后施主位置不同时的束缚能和波函数，以及量子阱宽度不同时的束缚能，并且计算了未加电场和加入电场后中间势垒高度变化以及宽度不同时的束缚能。当 双量子阱中间垒宽一定时，束缚能随着阱宽的变化会出现一个峰值。在阱宽一定时，随着中间垒宽度的增加，束缚能逐渐减小，并在垒宽增加到一定宽度时双量子阱情况与单量子阱情况相似，束 缚能不再明显变化。计算结果对设计和研究GaN/Alx Ga1-x N量子阱发光和探测器件有一定的参考价值。

采用线性组合算符、LLP幺正变换和变分方法, 研究Rashba效应下量子 点中强耦合束缚极化子有效质量的性质。 对RbCl量子点数值计算的结果表明:极化子的振动频率、有效质量均随极化子速率、受限强度和库仑束缚势的 增大而增大, 原因是极化子速率增大电子动能增加, 库仑束缚势增大导致电子-声子间相互作用增强, 受限强度增大使电子运动的有效范围减小导致电子能量增大, 进而使极化子的振动频率和有效质量增大。 受Rashba自旋轨道相互作用的影响, 极化子的有效质量发生劈裂, 劈裂间距随极化子速率的增大而减小。

功率控制是无线数据网络中资源管理的关键技术。为使无线数据网络中非 合作博弈功率控制算法得到帕累托改进, 将斯塔克尔博格博弈引入到无线数据网络功率控制算法中, 使所有系统终端都工作在最佳的等信干比下, 提出一个基于斯塔克尔博格博弈的分布式功率控制算法, 并进行了数值仿真。仿真结果表明, 该算法明显提高了系统的性能, 使系统终端具有相对较高的效用和较低的发射功率, 并使得无线网络资源的 使用更加合理和公平, 同时算法拥有较好的收敛性。

相干光正交频分复用(CO-OFDM)由于其良好的传输性能成为近年来光传输领域的研究热点，波分复用技术可以在光纤中通过增加并行波长的数量来提高系统的容量， 将CO-OFDM和WDM技术结合，可以 构造出高速率、大 容量、低成本的光传输网络。首先对基于CO-OFDM的WDM传输系统的理论模型和基本 原理进行了研究， 对基于CO-OFDM的100Gb/s×32-信道WDM传输系统进行了仿真分析。 并研究了该系统的传输性能。结果 表明:在没有任何光纤的色散及非线性 补偿的情况下，当信号速率为3.2 Tb/s时，系统Q因子高于16.0 dB，在标准单模光纤中的传输距离可达1500 km。