利用光束传输的薛定谔形式理论,将ABCD定律推广到有效质量因子守恒的系统,得到了束宽、曲率半径和发散角的进化方程.对于束宽对轴坐标的二阶微分为常数的有效ABCD系统,利用海森伯图像得到了坐标和动量的非线性进化关系,并利用简单的迭代方法得到了相应的衍射积分公式.

当皮秒孤子在群色散指数衰减的色散渐变光纤中传输时,孤子的群色散和自相位调制保持局域平衡,宽度可以保持不变.但对亚皮秒孤子,由于受拉曼自频移效应和三阶色散效应的共同影响,要想继续保持群色散与自相位调制的局域平衡,光纤的群色散分布应加以修正.对传输亚皮秒孤子的色散渐变光纤的群色散分布加以修正、讨论并对亚皮秒孤子的传输情况进行了数值模拟.模拟结果与理论一致.

给出了W型单模单偏振光纤基模模场在截止前、截止时和截止后的具体计算方法.利用基模模场分析了W型单模单偏振光纤隧道效应发生的过程、强弱和方向,得出了W型单模单偏振光纤隧道效应随其基模的截止而显著增强、并且主要集中在椭圆内包层短半轴方向的结论.

由基本物理过程出发,导出了数字或模拟强度调制光通信系统中,包含光纤损耗、色散和自相位调制综合作用下的光功率频域传递函数,由此得到了任意功率波形在传输过程中的演化表达式及各项的物理意义.结果表明,自相位调制导致的功率变化在低频部分与调制频率的平方成正比,在高频部分则与调制频率的平方的正弦成正比.解析公式与数值模拟结果在小调制信号下相符得很好,特别适用于计算非线性效应对系统噪声的影响以及诸如双边带和单边带微波调制光通信系统等情况;在诸如非归零码的大调制信号下,本文公式仍能正确地表示传输后的波形,对系统设计和分析有指导意义.

根据波导标量解本征值方程及其递推关系,提出一种利用Gloge关系求解单模光纤中波导色散的理论方法,给出了色散的解析形式.通过分析归一化传输常数的近似解与精确解间的差别论证了这种解析法具有精确求解的计算精度.给出普通单模光纤(G.652)光纤色散的实验数据,并与计算的色散解析解曲线加以比较,二者达到极好的吻合.利用所得到的结果,分析了数值微分法和经验公式的计算精度.

报道了无双折射单模光纤中四波混频的一种新型相位匹配方式.这种相位匹配仅由抽运光产生的自相位调制和互相位调制的共同作用即可提供.文中报道了实验结果,并从理论上成功地解释了该四波混频相位匹配的机理,与实验符合得很好.

报道一种利用双侧悬臂梁展宽光纤光栅带宽实现对挠度和应力线性传感的新方法.理论研究与实验结果表明,光纤光栅的带宽对挠度及外力均很敏感,并呈线性关系.实验上传感范围超过17nm,传感灵敏度分别达到0.658nm/mm及5.32nm/N.

受1×3光开关控制,脉冲宽带光波被导入3×5光栅传感器阵列中待查询的任一光栅串,根据传感元间光纤延时程度的不同,利用电子程控开关,对来自不同光栅信号的选择通导,借助非平衡迈克耳孙扫描干涉仪对传感信息进行解调,成功地实现了空、时分复合复用传感.

分析了两束相对传输的非傍轴高斯光束相干叠加形成的双光束势阱对瑞利粒子产生的辐射力,并作了数值计算.结果表明,与傍轴双光束势阱相比,非傍轴双光束势阱的辐射力有明显的不同,纵向辐射力和横向辐射力都增大,y方向平衡点数目由一个增加到多个,且势阱更深,横向辐射力变化趋势更陡,更有利于微粒的精确定位.与非傍轴单光束势阱相比,势阱更深,所产生的辐射力更大,因而更利于控制瑞利粒子.

研究了充满克尔介质的高Q腔和二能级原子系统的腔场谱,讨论了克尔效应对谱结构的影响.发现克尔介质与腔场的耦合会使数态光场腔场谱中的原共振谱线分裂成频差为2χ的双线,且双线的"中心频率”随初态光子数的增加而远离共振频率.当初始光场为光子数态的叠加态时,腔场谱在强耦合情况下一般为多峰结构,峰的个数随着初始平均光强的增大而增加.

研究了角反射器阵列形成赝相位共轭波的能力,计算了其对泽尼克多项式表示的各阶像差的保真度;分析了在共光路共模块自适应光学系统中角反射器阵列与哈特曼夏克波前传感器二者之间单元数目、位置匹配方面的问题,对失配所带来的误差进行了计算.

研究了高功率激光放大器中光束的成丝问题.利用弗兰兹-诺德威克(Frantz-Nodvik)模型将准稳态波动方程推广到介质有饱和增益的情形,进而得到高功率激光放大器中小尺度调制的传输方程.在小信号增益和饱和增益情形下,分别得到了小尺度调制方程的精确解析解和数值解.结果表明,对于相同的输入光强,增益使小尺度调制增益谱的范围加宽,最快增长频率增高,最大增长率提高;同时,在放大介质中,小尺度调制的最快增长频率和最大增长率还随传输距离变化.增益饱和效应使小尺度调制的增长速度以及B积分的增长低于无饱和放大情形.

给出了一种新的基于对比度塔形分解的分层图像融合方法.其基本思想是先对源图像进行对比度塔形分解;其次,按照融合规则,采用基于区域特性量测的加权算子去构造融合图像对应的对比度金字塔;最后,通过逆塔形变换重构融合图像.该方法被成功地用于图像的融合处理.此外,利用熵、交叉熵、互信息、均方根误差、峰值信噪比等参量,对该融合方法的融合性能进行了评价与分析.实验结果表明,该融合方法是十分有效的.

提出一种利用光折变二波耦合放大原理实现图像边缘增强的新方法.在用Cr:SBN晶体作记录介质的实时傅里叶变换全息读写装置中,物光中相对分离的高、低空间频率成分分别与参考光波在晶体中发生二波耦合.由于代表图像边缘信息的高频分量强度远低于低频分量,耦合的结果使得相对较弱的高频分量得到增强,从而使再现的全息像边缘凸出.文中详细讨论了晶体光轴取向及参物比对图像边缘增强效果的影响,分析了不同能量转移方向下实现边缘增强的物理机制.实验结果表明,Cr:SBN晶体有可能成为一种用于图像边缘增强的光折变晶体动态滤波器.

提出和验证一种基于偏振空间编码方案和多重成像技术的光学方法来实现模糊逻辑图像处理.系统中,模糊变量和它们的补被编码为空间正交分布的两个偏振状态.通过对透镜阵列状态的编程,可以实现两个模糊图像间的模糊逻辑操作.本系统中,两个输入图像被偏振编码为8个编码图像作为输入图像,系统是空不变系统,不需要取阈装置和解码过程.通过引进取阈装置,可以在一层系统中实现两个图像间更为复杂的模糊逻辑操作,并给出了实验结果.

利用被动锁模激光器的锁模原理,结合自锁模固体激光器中等效快可饱和吸收体的特性,讨论了控制运转状态的自锁模动力学方程和速率方程,给出了自调Q自锁模的条件,以及自调Q周期与激光器结构和运转参数的关系.所得结论与实验结果有很好的一致性.

报道了光纤光栅外腔激光器瞬态特性的理论分析,引入了一个适用于外腔情况的等效光子寿命,模拟计算表明,要获得高于2.5GHz的调制速率,光纤光栅外腔的长度必须短于4cm范围.对所研制的光纤光栅外腔激光器进行了高频调制测量,得到了在1GHz下的单模激光输出,边模抑制比在40dB以上,3dB动态线宽为0.1nm左右,20dB动态线宽为0.3nm.

叙述了利用衍射光学元件的环境温度特性实现光学系统像面环境温度补偿的原理和设计方法.提出了按照最佳像面确定最佳修正因数的补偿方法,使系统的性能在要求的温度范围内得到最佳补偿.给出了在20℃～50℃范围实现像面环境温度补偿和8μm～12μm波段内消色差的系统设计参数和评价结果.所设计的系统结构简单,在要求的温度范围内性能稳定.

在正弦相位调制半导体激光干涉仪中,半导体激光波长随注入电流和温度漂移而产生相位测量误差,同时干涉仪的机械振动和干涉仪两臂中的空气扰动也会引入相位误差.在已有光热正弦相位调制干涉仪中引入反馈机制,有效地降低了上述误差,增强了干涉仪的抗干扰能力.使用此干涉仪测量了物体的位移,测量结果表明这种方法可以有效地提高相位的测量精度.

利用二维器件模拟程序MEDICI对GaAs光导开关(PCSS′s)的动态非线性特性,特别是高场下呈现出的锁定及延迟效应的工作机制进行了仿真研究.仿真结果表明深能级陷阱能显著影响开关中的电场、载流子、电流密度等分布,引起电流的延迟,使开关中某些区域的电场动态增强,并足以达到雪崩的强度,从而引起载流子雪崩倍增,并在外电路的作用下,使开关进入锁定状态.仿真结果与实验现象基本相符,由此得出结论:高压GaAs光导开关实验中所观察到的锁定及延迟等现象均与开关材料中故意或非故意引入的深能级陷阱密切相关.

从理论和实验两个方面对强磁场中钾D2线法拉第反常色散滤波器的特性进行了研究,在不同工作条件下,获得线芯和线翼两种工作方式的法拉第反常色散滤波器,并讨论了温度对其滤波特性的影响.

运用程控微位移扫描曝光技术结合相位掩模法,成功地研制了长为13cm、带宽为0.8nm、反射率为90%的宽带线性啁啾光纤光栅,经测试其色散值为-1700ps/nm.实验研究结果表明,对于10Gb/s的传输系统,所研制的光栅能很好地补偿100km普通单模光纤的色散.

根据飞秒脉冲锁模钛宝石激光器腔内色散补偿的要求,设定负色散镜的色散目标值,用最优化方法,设计出了负色散Gires-Toumois(G-T)反射镜.计算了光场在优化负色散G-T反射镜不同膜层内的分布.不同波长的光场分量,在优化负色散G-T反射镜内部,穿透深度不同.在720nm～900nm波长范围内,长波分量有较大的穿透深度,因而对长波分量提供较大的时间延迟.将其用于飞秒锁模钛宝石激光器中,取代传统的腔内色散补偿棱镜对,结合半导体可饱和吸收镜(SESAM)自启动锁模,在钛宝石激光器中获得了56fs脉冲.

提出了同时利用哈特曼波前传感器测量的子孔径波前斜率和光强数据进行信标光相位复原的改进算法,并在此基础上对实测的斜率数据进行分析.结果表明在强湍流效应情况下,信标光相位中存在不连续点.

测量了Tm:YVO4晶体的吸收光谱,以346nm、363nm(1D2)、475nm(1G4)、698nm(3F2,3F3)和801nm(3H4)光激发时的发射光谱,以及位于454nm(1D2→3F4)、475nm(1G4→3H6)、646nm(1G4→3F4)、806nm(3H4→3H6)的荧光谱线的激发光谱,对测量的结果进行了详细分析,解释了离子能级间的跃迁过程.提出了Tm:YVO4晶体基质与Tm3+之间的能量交换的概念和新的跃迁通道,证实了存在1D2+3H6→1G4+3F4以及1G4+3H6→3H4+3H5的能量传递过程,还可能存在交叉弛豫过程1G4+3H6→3F2+3F4.这些过程使得Tm:YVO4晶体难以实现1D2能级上转换发光(454nm左右),但475nm的上转换发光(1G4→3H6)较强,3F4能级是潜在红外激光发射能级.

生长了不同硼酸掺杂浓度的KDP晶体,用超显微镜观察了晶体内部的散射颗粒,检测了晶体的光损耗和透过率特性.实验结果表明,较高浓度的硼酸对KDP晶体的光学均匀特性有较大影响,并使晶体具有显著的旋光性和波片效应.

对光极化后偶氮染料聚合物薄膜中染料分子的取向方式进行了研究,指出当写入光(基频与其倍频光)为线偏振且偏振方向互相平行时,极化薄膜中多数染料分子沿垂直写入光偏振的方向作轴向排列,而少数分子沿平行于写入光偏振的方向作极性排列,但只有后者对薄膜的宏观二阶非线性有贡献.实验证实了上述模型.

通过等离子体粒子模拟研究了在强激光与等离子体相互作用产生高次谐波的过程中,等离子体密度标长对转换效率的影响.计算了在不同密度标长下p偏振非相对论强度激光与高密度等离子体相互作用产生高次谐波的转换效率,发现等离子体密度标长对转换效率有重要的影响,这种影响与谐波级次、等离子体密度、激光脉冲宽度有关.

由光纤回路镜组成的新型串级光纤拉曼激光器,用1064nm作为抽运源,光纤拉曼激光运转于第三级斯托克斯串级拉曼波段,输出波长为1240nm.在光纤回路镜的性能和光纤参数还不够完善的条件下,1240nm输出功率为300mW,光光转换效率约为25%.