介绍了三种主动相位控制光纤激光相干合成方案,并分别利用这三种方案实现了3路瓦量级光纤放大器的相干合成。根据理论分析和实验研究的结果,对三种方案各自的优缺点进行了比较分析。对光纤激光相干合成在工程实际中面临的一些共性因素的影响进行了简单讨论。

偏振模色散(PMD)是阻碍高速光纤通信长距离传输的主要障碍之一。由于偏振模色散的统计特性,使得恢复由于偏振模色散造成的传输信号损伤有相当的难度。介绍了偏振模色散的基本概念与数学描述方法,总结了目前常用的偏振模色散的缓解技术、光电补偿技术的现状,最新技术以及今后的发展方向。着重介绍了偏振模色散光域补偿技术中的补偿器结构、反馈信号提取以及粒子群优化控制算法。

介绍了光纤滤波器的原理、结构及主要应用,提出了级联设计滤波器的概念。在总结典型级联式滤波器的基础上,详细分析了其结构设计及工作原理,评述了其优缺点。结合微结构光纤(MOF)及光栅的特殊性质,阐述了典型的微结构光纤滤波器的结构设计及工作原理,展示了其典型应用。提出了级联微结构光纤及光栅设计滤波器方案,展望了光纤滤波器的发展,并指出了进一步拓展及应用的方向。

光通信对高带宽要求的不断增强以及计算机芯片对高性能计算的不断需求刺激了硅基光子器件的发展,使之向集成化、低成本方向发展,并取得了一系列重要的理论和技术突破。综述了近期硅光子器件如硅基光源、放大器、光调制器的最新研究进展,并对现有技术在未来光陀螺及光通信中的应用进行了分析和设计.设计了一种三维有源谐振环结构以实现全集成化的谐振式光波导陀螺,展示了硅基光子器件在光陀螺及光通信应用等方面的广阔前景。

研制了直接检测的光正交频分复用(OOFDM)光纤传输实验系统。实验中产生了2 Gbit/s的正交相移键控(QPSK)、正交频分复用(OFDM)光信号,并成功地在标准单模光纤中传输了200 km。测量得到在误码率为10-6时,单模光纤传输200 km后的功率代价小于2 dB。比较了光纤传输前后OFDM信号的波形、频谱以及星座图,发现光正交频分复用信号能很好地抵抗光纤中的色散效应。

通过建立粒子数速率方程和光功率传输方程组,分析比较了980和1480nm泵浦下铋基掺铒光纤放大器（Bi-EDFA）的放大特性。在单信号输入和粗WDM（CWDM）信号输入情形下,1480nm泵浦方式下的Bi-EDFA具有较大的信号增益,而980nm泵浦方式具有较低的噪声系数（NF）。比较结果表明,从信号增益和宽带特性这些指标考虑,1480nm泵浦方式是一种更为理想的泵浦方案。

空间光通信系统天线表面的颗粒沾染能够导致光通信系统光学性能的变化。利用时域有限差分法（FDTD）建立了空间光通信系统天线表面沾染模型,考虑到空间光通信远场发射、远场接收的特点,在直接利用FDTD法得到近场光强分布的基础上,进行了近场-远场变换。实例计算表明,对于一定直径的微粒,当颗粒间距达到某一值时,近场光强分布为具有一定数值的直线。然后以此光强分布为参考,计算了微粒直径相同、入射波长不同时所对应的颗粒间距最大值。结果表明,rλ时,波长越长,对应的颗粒间距越大。在进行空间光通信系统的防护设计时,如果载波波长较长,应尽量减少光学表面大颗粒的形成。

基于弱湍流的无线光通信系统信道模型,对开关键控(OOK)、脉冲位置调制(PPM)、差分脉冲位置调(DPPM)、数字脉冲间隔调制(DPIM)和双头脉冲间隔调制(DH-PIM)调制方式的符号结构、发射功率、传输带宽以及误包率进行了理论推导和对比分析。结果表明,PPM必须需要符号同步和时隙同步,而DPIM、DPPM、DH-PIM调制只要求时隙同步。OOK的平均发射功率最大,PPM的平均发射功率最小,DH-PIM比OOK小但是比DPIM和DPPM大,DPIM发射功率特性略优小于DPPM。当M=6时与OOK调制平均发射功率比较,PPM调制节约功率约15 dB,DPPM和DPIM调制节约功率约12 dB,当α=2时DH-DPIM调制节约功率约10 dB。OOK带宽需求最小,PPM带宽需求最大,DPIM的带宽特性略大于DPPM,DH-PIM带宽需求大于OOK但小于DPPM。当M=6时与OOK带宽比较,PPM带宽需求约为OOK的11倍,DPPM和DPIM的带宽需求约为OOK的6倍,当α=2时DH-DPIM带宽需求为OOK的3倍。在相同平均背景光子和相同平均光脉冲接收光子的条件下PPM、DPIM、DPPM、DH-PIM和OOK调制方式的误包率依次增大。

在级联相位调制的100 Gbit/s光信号传输系统中,对差分相移键控非归零码(NRZ-DPSK)、差分相移键控归零码(RZ-DPSK)、差分四相相移键控非归零码(NRZ-DQPSK)和差分四相相移键控归零码(RZ-DQPSK)进行了比较研究。当四种信号通过90 km的标准单模光纤(SMF)和16 km的色散补偿光纤(DCF)传输后,在满足相同入纤功率的条件下,NRZ-DQPSK信号具有最高的色散容限;如果仅仅考虑一阶偏振模色散(PMD),RZ-DQPSK信号具有最优的抗偏振模色散特性;当入纤功率在0～10 dBm的范围内调节时,RZ-DPSK信号具有最好的非线性容忍度;最后比较了四种相位调制码型传输后通过不同带宽的三阶高斯滤波器后的接收性能,得出滤波器带宽值大于125 GHz后,NRZ-DPSK信号的接收性能最佳。

在采用同轴反射式光学天线的卫星光通信终端中,发射光束受天线次镜的遮挡,将损失部分能量。为消除次镜遮挡,提高光通信终端的发射效率,提出一种基于衍射光学元件的新方法。该方法利用衍射原理将光束整形为圆环光束,以规避次镜遮挡。按照遮挡比和切断比固定和变化这两类情况进行了仿真设计,前一类仿真结果表明：当遮挡比为15,切断比为1.5时,远场强度峰值提高了40%。后一类情况的仿真结果则表明：遮挡比越大,系统透过率和远场峰值强度越高,远场光束的主瓣宽度和强度峰值相对增量则分别变窄和变低;切断比越大,强度峰值的相对增量也越大。该方法提高了卫星光通信系统发射端的发射效率,同时也改善了接收端的光束质量。

随着密集波分复用(DWDM)技术的不断发展,光学梳状滤波器(Interleaver)从原始功能的两路输出谱带宽相等的等带宽器件向不等带宽器件发展,以灵活应用于复杂网络的分插复用及不同网络平台间的过渡等。迈克耳孙Gires-Tournois干涉仪(MGTI)型interleaver具有结构紧凑、成本低、参数简单易调节、性能优异等特点,是实现interleaver的一个典型方案。从严格的数学角度推导了判定MGTI型interleaver周期的理论依据,并给出了几个具体的MGTI结构周期的判定实例。任何参数结构的MGTI型interleaver,当GT腔镜面反射率发生变化时,等带宽与不等带宽MGTI型interleaver的奇、偶两路输出光谱光强相交点处的特性不同。具体给出了该不同特性的实例。这些结论可用来指导设计满足不同周期和带宽要求的MGTI型interleaver,对设计特种光学干涉滤波器也可起到一定的指导性作用。

在多跨距幅度调制光纤传输链路的接收端利用光滤波器对输出信号进行小波分解,并根据小波阈值去噪的原理,对输出信号在光域内进行小波去噪,以消除掺铒光纤放大器(EDFA)引入的放大自发辐射(ASE)噪声和光纤色散及非线性相互作用所产生的非线性噪声对信号的干扰。仿真模拟了三种不同光纤链路传输后输出信号的小波去噪,并在常见的色散补偿链路系统中与带通滤波去噪进行了比较。仿真结果说明了在光域内采用小波阈值去噪法的有效性和可行性,为提高全光通信系统的通信质量和容量提供了新的思路。

提出了一种基于平行排列3×3耦合器的双环结构全光缓存器(DLOB)的级联方案,分析了单级和级联结构的缓存原理及读写方式,通过分析半导体光放大器(SOA)的噪声性能,得到光缓存器输出性能主要由读写操作阶段注入的控制光功率及SOA的工作电流决定的结论,提出了在反馈式光缓存器中实现单级多圈和多级缓存的可能性,并搭建了一个两级的缓存系统,实验验证两级级联各缓存9圈时,输出信号光的功率几乎没有减少,信噪比(SNR)下降不到4 dB。理论分析和实验都表明,级联型光缓存器能够实现从纳秒级到毫秒级的缓存,可以满足未来光包交换(OPS)发展的需要。

在无线光通信中,为解决脉冲位置调制（PPM）需要符号同步和数字脉冲间隔调制（DPIM）符号长度不固定造成调制器等待或缓冲器溢出的问题,提出了一种新的调制方式——定长双幅度脉冲间隔调制（FDAPIM）,分析了它的符号结构、发射功率、带宽需求以及在高斯白噪声下的差错性能,并和开关键控（OOK）、脉冲位置调制（PPM）、数字脉冲间隔调制（DPIM）、定长数字脉冲间隔调制（FDPIM）等调制方式进行了比较。理论分析与仿真结果表明,FDAPIM的误包率劣于PPM和DPIM,接近于FDPIM,但明显优于OOK。虽然FDAPIM的带宽要求较高,但其带宽效率和功率效率都优于FDPIM,且不需要符号同步,相对于PPM系统,实现的复杂性大大简化;相对于DPIM,其符号长度固定,不会引起调制器等待或缓冲器溢出。因此FDAPIM应用于无线光通信系统具有一定优势。

毫米波光纤（ROF）传输系统中当采用强度调制器直接调制毫米波信号时,随着传播距离的延长会产生信号强度的周期性衰落问题,限制了毫米波通信技术的发展。光学倍乘法（OFM）将低频或中频调制信号搭载在扫频光信号上,通过在基站生成毫米波的方法,有效缓解信号强度的周期性衰落,具有广阔的发展前景。提出并实验研究了一种基于光学倍乘法产生光毫米波的全双工毫米波光纤传输系统。系统中利用光纤Bragg光栅提取光波作为上行链路光载波,基站中不需配置光源,而且对光功率的损耗小,合理利用了资源。基站中还采用低频本振与毫米波载波混频的方法实现上行链路本振,解决了上行链路本振的生成难题,方法简单,成本低廉,有利于简化基站,降低成本。

高级光调制格式能够有效抑制随信道速率的增加而给系统带来的色散、非线性等传输损伤,是高速光传输系统的关键技术之一。研究了基于马赫-曾德尔调制器(MZM)产生的八进制差分相位幅度键控非归零码(NRZ-ODPASK)、八进制差分相位幅度键控归零码(RZ-ODPASK)以及八进制差分相位幅度键控载波抑制归零码（CSRZ-ODPASK）在40 Gbit/s速率下的传输性能。结果表明,RZ-ODPASK调制格式抗色散能力较强,且相位支路的色散容限均大于幅度支路;在波分复用(WDM)系统中,CSRZ-ODPASK信道间串扰代价比NRZ-ODPASK和RZ-ODPASK分别小0.81 dB和0.19 dB,更加适合高速光纤传输系统。

利用中空光子带隙光纤(HC-PBGF)对光子晶体光纤飞秒激光器输出的激光脉冲进行腔外再压缩。激光器输出的脉冲中心波长为1040 nm,脉冲宽度为475 fs,平均功率为400 mW,单脉冲能量为8 nJ。通过白光干涉法测量了中空光子带隙光纤的色散参数为-48 ps2/km,并利用截断实验得到了所用光纤的最优化长度,压缩后获得的最短脉冲宽度为108 fs,接近变换极限,传输效率为89%。由于该光纤纤芯的非线性系数较低,脉冲在其中传输无非线性效应,压缩后输出光谱保持不变。

光纤陀螺(FOG)随机噪声中包含了白噪声和具有长程相关性、自相似性及1/fγ类型谱密度特点的一种非平稳随机噪声——1/fγ类分形噪声。采用传统的方法很难去除该类噪声。由于小波分析的多分辨分析特性,使之成为研究分形噪声的有力工具。提出一种新的基于提升小波的自适应阈值选取滤波方法对光纤陀螺的输出信号进行阈值滤波,进而提高光纤陀螺的精度,算法包括提升小波分解、滤波参数估计及自适应软阈值滤波。对多组实测数据进行仿真实验,将传统小波固定阈值滤波方法与新方法进行比较,实验结果验证了新方法的有效性。

基于色散管理掺铒光纤激光器, 研究了类噪声脉冲在不同群速度色散情况下的特性。结果表明:类噪声脉冲的带宽随着腔内净色散的增加而增加,并在腔内净色散为微正时达到最大值。拉曼散射由于脉冲宽度减小而增强。当腔内净色散继续增加时,类噪声脉冲的带宽开始减小;同时,拉曼散射由于色散为正而被抑制。 实验结果和数值模拟相符。

提出一种基于非对称双芯光子晶体光纤的宽带定向耦合器结构。这种结构是通过将原来对称型的双芯光子晶体光纤结构中的一个空气孔增大的方法实现的。数值结果表明,这种耦合器工作带宽可达370 nm,且偏振相关损耗和均匀性分别小于0.2和0.5 dB。同时,这种结构允许光纤具有较大的制作误差。例如,光纤长度可以偏离设计长度(7.7 mm)的10%。

利用主振荡-功率放大（MOPA）技术,实验研究了两级级联、全光纤结构的窄线宽连续激光放大器。其中,以20dB光谱线宽0.078nm的窄线光纤激光器为信号光源,两个放大级中分别采用光纤侧面耦合器,（6＋1）×1光纤合束器实现抽运光功率的耦合,以及使用1053nm单模纤芯的双包层掺镱光纤、大模场面积的掺镱双包层光纤作为增益光纤。在全光纤结构放大器中,对第二级放大级中（6＋1）×1抽运光注入端的反向传输光的光谱和功率进行了监测和分析。通过优化增益光纤的长度,抑制了掺镱光纤中自发辐射光的自生激光振荡。在窄线宽激光放大过程中实现了中心波长1053 nm,总放大增益27.6 dB,功率16.09 W的稳定激光输出,没有发现受激布里渊散射和受激拉曼散射等非线性效应。

提出了一种新型双波长掺铒光纤环形腔激光器。使用可调滤波器改变两束激光的波长差,采用由窄带滤波器和Mach-Zehnder梳状滤波器组成的多重滤波的方式来选择工作频率或者工作模式,有效地抑制相邻纵模之间的跳模现象。利用偏振烧孔效应和激光反向传播的特点大大增强了增益介质的非均匀加宽特性。实验结果表明,得到的单频单纵模双波长激光器的波长间隔可调谐范围为0.019～15 nm;两束激光的拍频信号的频率差调节至472.5 MHz时,在100 Hz～3 GHz范围内只有一个拍频信号。

采用后向抽运的两级级联的掺铒光纤超荧光光源的新型结构,运用同步抽运技术对两级光纤按比例进行后向抽运,从而实现高效率且中心波长稳定的L波段超荧光光源输出。研究了光纤总长度、两级光纤长度分配以及抽运比例对超荧光光源输出特性参数的影响。结果表明,通过采用两级级联后向结构可以将光谱从C波段有效地转移到L波段,而且能够实现在高抽运功率下具有中心波长对抽运功率波动不敏感的特性。在290 mW功率1∶1抽运下,实验获得了输出功率97 mW,线宽47.3 nm,中心波长稳定的L波段超荧光光源。

从基本激光理论出发,建立了掺铒光纤激光器的传播方程。掺铒光纤在1550 nm波长处具有很高的增益,正对应低损耗通信窗口,具有潜在的应用价值。抽运光模强度分布与纤芯铒离子分布的重叠积分因子是对激光器非常重要的参数,将对光纤的模式进行分析,根据各个模式的模场来判断该模式是否与纤芯铒离子分布有重叠,研究了与介质吸收截面有关的重叠积分的影响因素;对放大自发辐射(ASE)噪声特性进行理论分析,给出增益、阈值功率和斜率效率等的解析形式,建立输出特性计算模型。针对这种环形腔掺铒光纤激光器,编写专门的计算程序,在输出特性等方面进行理论计算仿真,对该结构布局所带来的影响进行详细分析讨论。

提出了以硅为基质、高折射率铋化合物作为纤芯的多固体芯集束型光子晶体光纤(PCF)。该类光纤利用全内反射型机制将传输光场约束在高折射率固体棒芯中,并能输出相同强度的光。通过数值模拟分析了集束六芯六角形和集束八芯四方形两种光子晶体光纤的有效模场面积和非线性系数随抽运波长以及纤芯直径的变化规律,证明了这种光纤同时具有等效的高非线性和大的有效模场面积的特性,可以用于实现高功率频率变换。

采用平面波展开法(PWM)研究了基于三角晶格、复合蜂窝晶格和改进的复合蜂窝晶格光子晶体光纤(PCF)的包层中不同层气孔和掺杂介质柱尺寸对光纤带隙的影响。结果表明,在第m层(m=1,2,3)空气孔直径改变同样大小的情况下,随着m的增大,第m层空气孔尺寸的变化对带隙的影响越来越小;通过改进光纤结构中介质柱的排列,或掺杂折射率比较大的介质,可以有效地调节或增宽光子带隙(PBG),具有改进的复合蜂窝晶格结构的光子晶体光纤可实现更宽的带隙分布。

提出一种基于啁啾莫尔光纤光栅(CMFG)和掺铒光纤放大器(EDFA)的可调多波长激光器,其结构简单、降低了成本,并实验验证了室温下稳定的激光输出。作为波长选择器件,啁啾莫尔光栅具有优良的梳妆滤波特性,包括稳定的信道间隔、超窄的通带带宽,而且制作方法简单灵活。实验测得的光信噪比达到50dB,在一个小时的观测时间内,各波长激光输出的功率抖动均小于0.5dB,各信道的输出功率均衡,差值小于1dB。讨论了优化该激光器输出性能的方法,并用实验结果证明了基于啁啾莫尔光栅激光器结构的优势。

超长周期光纤光栅（ULPFG）是一种新型的周期长达几毫米的带阻型光纤器件,以ULPFG为元件的相关器件已用于多参数感测。基于模式耦合理论和简化的单模光纤三层模型,提出了一种在单模光纤中写制的ULPFG传输谱特性的数值模拟方法。数值模拟过程中使用线性插值简化了计算,模拟计算得到的ULPFG光谱谐振峰波长与已报道的实验结果相符,验证了该方法的有效性和近似处理的合理性。

利用严格耦合波理论分析了线性啁啾相位掩模的衍射特性,得到只有当相位掩模的占宽比在0.37～0.50之间,槽形深度在242～270 nm之间时,才能保证零级衍射效率小于2%,同时正负一级的衍射效率大于35%。在此基础上,利用全息-离子束刻蚀和反应离子束刻蚀相结合的新方法,制作了中心周期为1000 nm,啁啾率1 nm/mm,有效面积为100 mm×10 mm的线性啁啾相位掩模。发现先用短时间Ar离子束刻蚀对光刻胶光栅掩模槽形进行修正,然后采用CHF3反应离子束刻蚀,能得到更合适的占宽比,从而确定了刻蚀新工艺。实验测量表明其零级衍射效率小于2%,正负一级衍射效率大于35%,最大非线性系数为1.6%。理论分析表明该相位掩模能够满足制作线性啁啾光纤光栅的需要。

由于写入方式的限制,长周期光纤光栅（LPG）的实际折射率分布与经典理论有明显的差异,由此造成写入光栅的特性与经典理论的导出结果不能完全吻合。用傅里叶级数展开的方法对LPG逐点写入造成的高斯型折射率分布进行谐波分析,据此总结了高斯型折射率分布下光束形状与光栅周期的关系对谐波分布的影响,讨论了逐点写入的最佳参数选择,得出了对光栅写入和特性估计有关的结论,并给出了高斯光束逐点写入和振幅掩模板写入长周期光栅的透射谱比较。

提出一种基于半导体光放大器和取样光栅结合Sagnac环作为滤波器的多波长光纤激光器。在室温下得到稳定的具有1.8 nm间隔的四波长激光运转。所提出的光纤激光器具有取代价格昂贵的环形器,可以灵活地调节波长间隔以及简单全光纤结构的特点,在光纤通信和光纤传感中有潜在的应用。

将直径为93 μm的石英光纤浸入低折射率的若丹明6G乙醇和乙二醇混合溶液中,采用沿光纤轴向光抽运消逝波激励染料增益的方式,研究回音壁模式（WGM）激光辐射的波长随染料混合溶液折射率变化的特性。实验发现,随染料混合溶液折射率的增加,回音壁模式激光辐射的波长向短波方向移动。用回音壁模式染料激光的四能级模型得到激光上能级和所有能级上的分子数比值γ(λ)曲线后,很好地解释了实验结果。

提出了一种马赫-曾德尔干涉仪辅助的光纤谐振环新结构,利用传输矩阵法,推导了该器件的输出表达式和半峰全宽(FWHM)表达式。进行了数值模拟,结果显示其具有周期性的窄带带阻滤波特性。分析了马赫-曾德尔干涉仪两臂产生的相差以及耦合器的耦合系数对器件输出谱的影响。研究结果对该器件的实际加工和进一步改善其滤波性能具有参考意义。

将修正的矢量等效折射率模型和耦合模理论相结合,系统地研究了光子晶体光纤长周期光栅(PCFLPG)的特性。验证了光子晶体光纤长周期光栅的双谐振峰特性;定量地研究了光子晶体光纤结构参数如空气孔间距、相对孔径比和光栅参数如光栅周期、光栅长度、折射率调制深度和光栅啁啾量对光栅谐振峰强度和谐振波长的影响。研究结果为光子晶体光纤长周期光栅在光纤通信、光纤传感等方面的应用提供了理论依据。

提出一种研制光子晶体光纤（PCF）的氢氟酸填充腐蚀新方法。该方法将氢氟酸填充于已拉制的光子晶体光纤空气孔中,通过改变其横截面结构,研制具有特定结构的光子晶体光纤,改变其导光性能。研究表明,随着对光子晶体光纤空气孔腐蚀程度的加深,其泄露损耗和散射损耗不断减小,非线性系数明显提高,纤芯基模的有效折射率和包层的等效折射率相应减小,群速度色散也随之改变。

掺铒光纤放大器（EDFA）的增益平坦化是波分复用（WDM）系统中的重要问题。提出了用光子晶体实现增益平坦的新方案。通过分析EDFA增益平坦的原理与一维光子晶体的反射谱（在不同波长处具有不同反射率的特性）,设计出了满足特定条件的增益平坦滤波器。以EDFA典型曲线为例,利用遗传算法简便精确地优化一维光子晶体的周期数,从而设计出了与EDFA增益谱相匹配的增益平坦滤波器。结果表明,级联的一维光子晶体滤波器在1530～1560 nm范围内对EDFA的增益进行平坦,且不平坦度约为±0.6 dB。

为了实现在光纤环衰荡腔(FLRD)系统中的微量气体液体传感,提出了利用飞秒激光微纳加工的方法加工微流体传感装置。利用800 nm的飞秒激光脉冲在普通980 nm,1550 nm的单模光纤上实现了直写光学微腔,微腔的宽度达到4 μm,深度80 μm。将在单模光纤刻蚀的光学微腔成功应用于光纤环衰荡腔系统之中。针对光纤环衰荡腔的系统装置,分析了该系统的探测原理,并对该系统应用于微流体吸收探测中所探测的衰荡时间、损耗及待测流体浓度的关系进行理论推导。利用此系统,实现了对微量流体浓度的吸收谱高灵敏度探测。

提出了一种新型的双包层光纤激光器侧面耦合技术——梯形微棱镜侧面耦合技术, 能高效且方便地将激光二极管, 特别是高功率激光二极管阵列抽运光耦合进双包层光纤中。该技术采用一个与双包层光纤内包层折射率相同的材料加工而成的具有特殊角度的梯形棱柱, 其中一个表面镀以特定角度的高反射率光学薄膜, 通过梯形微棱镜该镀膜表面的反射, 将抽运光耦合到内包层中。详细阐述了微棱镜反射式耦合技术的基本原理和具体使用方法, 理论计算所得耦合效率超过90 %。通过计算对激光二极管抽运源的线宽、发散角以及梯形微棱镜的具体参数进行了分析, 并对该技术的适用范围, 包括激光二极管、尾纤输出的激光二极管、激光二极管阵列、各种形状内包层结构等做了进一步讨论。

从酸溶法光纤传像束所需原料的配方确定开始,合理设计了纤芯玻璃、包层玻璃和酸溶玻璃三种材料之间物化性能的匹配性。这三种玻璃材料的物化性能将直接影响到所制备的高分辨率光纤传像束的成像质量。通过开展酸的浓度、温度、酸的种类以及酸溶时间等量化关系研究,确定了最适合光纤传像束酸溶的一系列工艺参数,这对于降低传像束的断丝率,提高光纤传像束的成像质量有较大作用。通过大量的实验研究、性能测试和理论分析,确定了多种提高传像束光学性能的有效方法,为光纤传像束的广泛应用奠定了良好的基础。

提出一种基于线偏振光干涉原理的无源波长解调系统。在普通光纤环镜中引入双折射效应。光纤环镜的反射(透射)光强是耦合器分光比K、温度t、保偏光纤长度L和两端偏振方向夹角φ的函数。在单调区间内反射(透射)光强与t存在对应关系。通过测定光强可求得t。利用矩阵光学原理建立理论模型,研究了保偏光纤长度、耦合器耦合系数、偏振光入射夹角对光纤环镜(FLM)反射(透射)光强与入射光波长关系影响的特性,设计了基于保偏光纤环镜的分辨率可控的干涉型解调仪。用自制光纤光栅作为传感头监测温度变化,数据显示该系统对温度的测量平均精度可达0.03 ℃,准确度±0.1 ℃。

在静态散射的框架内,以高斯光束透过表面粗糙的绝缘板的远场谱强度为例,对散射诱导的光谱变化做了研究。前散射光的谱强度相对源光谱可能有红移和蓝移,某些条件下还会产生光谱开关。在影响散射光谱强度的诸参数中,板的厚度相对平均厚度的差值H参数起主要作用。当H=0时,归一化谱强度保持不变。散射诱导的多色高斯光束远场光谱开关属于“奇点光学”效应。

对彩虹测粒技术的参数反演进行研究,提出了一种新的参数反演模型和算法。新算法基于经验模态分解(EMD)的去噪技术,能在较低信噪比(SNR)条件下有效滤除噪声干扰,并能有效避免信号损失和信号的空间偏移;提出了一种特征点提取技术,能有效压缩反演计算量;提出了基于电磁散射中德拜（Debye）理论的反演最优点搜索算法,能较精确迅速地找到反演最优点;提出了基于米氏（Mie）理论的参数精确反演,大大提高了反演的准确性,降低了折射率的反演误差,扩大了算法适用范围。为验证算法精度,模拟分析了直径范围35 ～900 μm,折射率范围1.32～1.34的水液滴在不同噪声环境下的参数反演。结果表明,在信噪比高于40 dB的情况下,直径反演结果可精确到1 μm,折射率反演结果可精确到小数点后三位;当信噪比降至5 dB时,直径反演最大误差小于10％,折射率反演最大误差小于0.1％。

为了实现短脉冲激光的高动态范围信噪比(SNR)测量,满足快点火对激光驱动器的要求,开展了信噪比测量的前期研究。结合非线性晶体分析了超短脉冲的二阶自相关信号的产生过程,结果表明自相关曲线的信噪比等于原始脉冲的信噪比。同时讨论了非共线二阶自相关中,两束输入信号光的夹角变化对输出信号光强的影响。在此基础上,建立了一台二阶自相关仪以验证超短脉冲信噪比测量系统的工作性能,其信噪比测量的动态范围达到了约108。

通过对基于四像限光电探测器的对准系统的光路分析,将系统的输入输出关系的确定转化为平面光照面积的计算,并给出了探测器各像限光照面积的求取方法,从而构建了该系统的数学模型。对该系统进行了仿真,并给出了系统的实测结果。仿真结果表明,通过设置不同的米字型标记参数,系统的输入输出关系具有不同的线性度。证明的确存在一个最佳结构参数组合,存在优化的可能。实测结果表明,该系统的最大对准偏差小于2 μm,实测偏差小于2 μm。佐证了模型的正确性,表明四像限光电探测器的对准应用可扩展到微量位移的测量。模型省去了繁杂的标定工作,消除了标定引入的非线性误差,提高了探测器的应用效率和准确度,因此具有较高的实际意义。

在采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对9种常见毒品纯品和3种混合物进行实验研究,并得到它们在0. 2～2 THz频率范围的特征吸收光谱的基础上,用支持向量机(SVM)对毒品纯品和混合物的太赫兹吸收光谱进行了识别分类。用归一化预处理后的9种毒品和面粉的太赫兹吸收光谱训练libsvm模型。选用与训练光谱不同时间测得的毒品和混合物的太赫兹吸收光谱作为检测光谱,经过归一化预处理之后分别输入到训练好的libsvm模型中进行识别,识别率达100%。识别结果充分表明,用支持向量机可以实现对不同种类毒品的识别和鉴定,为太赫兹光谱技术用于毒品的检测和识别提供了另一种有效的方法。

对“晋麦8号”小麦幼苗分别采用5 mW·mm-2 He-Ne激光辐照,10.08 kJ·m-2·d-1增强UV-B辐射及二者组合处理。经研究发现：增强UV-B辐射可引起小麦叶片类囊体膜光吸收能力减弱, 偶联因子（ATPase）（Mg2+-ATPase 和Ca2+-ATPase）活性降低和光合磷酸化（环式和非环式）活性抑制,说明增强UV-B辐射引起小麦类囊体膜损伤。而一定剂量的He-Ne激光辐照可部分修复增强UV-B对小麦类囊体膜的损伤,使叶片类囊体膜光吸收能力升高,ATPase（Mg2+-ATPase 和Ca2+-ATPase）活性升高,光合磷酸化（环式和非环式）活性受到激活。SDS-PAGE 结果表明,各处理组类囊体膜多肽成分与对照没有明显变化,增强UV-B辐射可导致多肽含量减少,而He-Ne激光辐照可使多肽含量有所增加。

分别对离体新鲜的正常甲状腺组织、结节性甲状腺肿组织以及甲状腺乳头状癌组织进行自体双光子激发荧光(TPEF)和二次谐波(SHG)成像的研究。从双光子图像可知,正常甲状腺组织中滤泡大小较均匀,形态较相似,结节性甲状腺肿滤泡大小不等,而甲状腺癌组织则为大量的实质性癌细胞团结构,结果与标准组织学苏木精-伊红(H&E)染色图相一致。此外,正常甲状腺组织和结节性甲状腺肿在胶原分布上存在一定差别。研究表明,双光子荧光成像技术可在微观结构上分辨出正常甲状腺组织、结节性甲状腺肿组织以及甲状腺乳头状癌组织的形态学差异,并有望成为甲状腺微创、快速诊断的有效方法。