通过一维粒子(particle in cell,简称PIC)模拟,研究了超薄等离子体薄膜在两列旋转方向相反的圆偏振激光脉冲作用下的高次谐波辐射.在1021 W/cm2强度的激光作用下,可以获得200次以上的高次谐波.当激光脉冲宽度较短时,由于等离子体薄膜被压缩所导致的多普勒频移对高次谐波产生了显著的频率调制.而这种多普勒频移可以通过对抽运光脉冲引入频率啁啾来补偿.

根据折射率椭球方程及双光轴晶体中光波的传播与偏振特性,分析双轴晶体在主平面内激光倍频相位匹配的特性与方法,导出光波在主平面内传播时倍频的相位失配关系;给出双轴晶体中容许相位匹配倍频的相位匹配角及混频的有效非线性系数deff的表达式.利用可相位匹配的类型、相位匹配角公式和有效非线性系数deff表达式的表,容易对任意一具体晶体在一给定波长求出实际能实现相位匹配的类型或偏振组合,算出相位匹配角,比较不同的相位匹配类型或偏振组合的有效非线性系数,选择最佳的相位匹配类型与方向.从相位失配关系可以计算晶体主平面内倍频的接收角、接收光谱宽度等特性参量.

采用多层介质的离散传输线模型表征光纤光栅响应特性,并利用数字信号处理方法对光纤光栅的相位特性进行了分析,研究了用于密集波分复用窄带滤波的变迹光纤光栅的带内色散特性,表明对称变迹光纤光栅的幅度响应与相位响应之间满足希尔伯特变换关系,幅度响应越接近理想的矩形,带内色散越大.并采用耦合模理论数值计算了对称变迹的光纤光栅的反射相位响应和带内群时延情况, 验证了分析结果.

本文叙述了使用溶胶凝胶法在MgO(001)的衬底上制备铌酸锶钡薄膜的过程,膜层厚度可达5 μm.通过X射线衍射、摇摆曲线、扫描、拉曼散射光谱等方法研究了薄膜的微结构性能,实验发现,铌酸锶钡薄膜具有了较好的(001)方向的优先取向性能,并且随着薄膜厚度的增加,其晶体取向性也会随之不断改进.熔石英的透明衬底上生长的SBN薄膜具有较大的电致双折射效应,其有效电光系数能够高达6.62×10-11 m/V.

从实现离子的基态和激发态之间粒子数反转的主要参量入手,数值计算了基态的粒子数密度、上能级和下能级的统计权重之比、三体复合速率和自发辐射衰减速率之比等每个参量对反转粒子数密度的影响,并且以基于光场感生电离(OFI)复合机制B-like N系统为例对实际系统进行分析讨论,给出了实现基于光场感生电离B-like N 45.21 nm 3s-2p跃迁激光放大的最佳激光功率密度.

将频率调制加在声光调制器上,用三次谐波探测法获得了铯原子D2线的三阶微分饱和光谱.采用这种激光器无调制扰动方案结合三次谐波锁频技术,实现了852 nm的分布布拉格反射器半导体激光器相对于6S1/2F=4-6P3/2F′=5超精细跃线的频率锁定.由锁定后的频率误差信号估算,10 s内激光频率起伏小于±350 kHz,相对频率稳定度约1×10-9.这种无调制扰动方案可以消除一般的饱和吸收稳频方法中由于直接对激光器进行频率调制而带来的额外频率噪声;三次谐波锁频技术的应用,还可有效地降低铯原子饱和吸收谱中剩余多普勒背景的影响.

研究了一种新的圆加垂直单弧段的锥顶轨迹的锥形束计算机层析(CT)的完全性条件和精确重建的Grangeat方法,提出了倒置结构锥形束计算机层析的便于实现的圆加垂直多弧段的成像结构及进行精确重建的完全性条件.利用倒置成像结构与现有成像结构之间的等价关系,给出了倒置结构锥形束计算机层析的重建算法.最后,对上述几方面进行了计算机模拟.

对非共线相位匹配LBO晶体飞秒光参变放大器进行了系统地分析和理论研究,用数值方法得出了非共线角、相位匹配角、增益和增益带宽之间的关系,给出了放大器设计的各种最优化参量.研究结果表明,这种参变放大器不仅可以实现较高的参变增益和获得极宽的增益带宽,还具有较大的参变允许角、较小的走离角和小的群速色散,因此这种参变放大器对于以纳秒级高功率激光作为抽运光,利用光参变啁啾脉冲放大(OPCPA)技术高效率参变放大飞秒脉冲产生1012 W甚至1015 W级的超强超短激光脉冲具有重要的意义.建立的理论模型具有普遍意义,也为其他类似的参变过程提供了重要的理论依据.

采用振幅调制器作为抑制激光强度噪声的元件,首先对光电负反馈回路进行了简要的理论分析,然后利用该光电负反馈进行抑制激光二极管抽运全固化单频环形Nd:YVO4红外激光器强度噪声的实验.结果表明,在0～1 MHz的低频段,强度噪声大幅度降低,最大降低约15 dB.

报道了飞秒激光啁啾脉冲放大器中的激光脉冲光谱展宽技术,实验中使用了几种光谱展宽元件,结果表明使用激光光谱展宽元件能有效地将飞秒激光脉冲光谱展宽,抑制了飞秒激光放大器中常见的激光脉冲光谱增益窄化现象,从飞秒放大系统的振荡级输出28 fs种子脉冲,放大后得到了重复频率为10 Hz、峰值功率1.6 TW、脉冲宽度37.5 fs的超短超强飞秒激光脉冲.

研究了拉曼放大器中放大的自发拉曼散射对拉曼开-关增益的影响,并提出了一种利用自发拉曼散射谱来调整拉曼放大器拉曼开-关增益平坦的方法,实验采用4个波长为14xx nm的激光二极管作为抽运源,75 km的G.652光纤作为传输介质,获得了C波段附近的光放大,同时对此给出了合理的理论解释.

报道了一台连续792 nm Ti:Al2O3激光器纵向抽运的(Tm,Ho):YLF微片激光器.在室温条件下,当抽运功率为680 mW时,激光器在2.06 μm波长的输出功率达到90 mW.激光器阈值为380 mW,光光转换效率为13%,斜率效率为26%.

导出了共焦显微镜中不同荧光波长情况下的荧光功率传输函数、三维脉冲响应函数(3D-PSF)和三维光学传递函数(3D-OTF). 结果表明,不同的荧光波长对共焦显微镜的空间截止频率、分辨率、光学传递函数存在明显的影响.当激发波长与荧光波长的比值下降到一定程度时,可以看到明显的失锥现象.

分析了基于衍射准直技术的f-θ系统的特点,在此基础上提出了一种新型长程面形仪用以实现对大型非球面光学表面,特别是同步辐射中掠入射光学元件的高精度轮廓测量.成功地研制了样机,目前新型长程面形仪样机的纵向扫描范围可达370 mm,分辨率优于0.25 μrad,单点稳定性小于0.7 μrad/200 s,全程测量精度可达1.14 μrad,全长扫描的重复精度为0.09 μrad.样机测试结果表明,新型长程面形仪轮廓测量方案能够胜任对第三代及后继同步辐射光源中各种非球面光学元件的轮廓测量任务.

在研制用于对厚的生物样品进行光学断层成像的共焦扫描荧光显微镜时,由于成像信号十分微弱及存在很强的多次散射作用,因此杂散光的抑制非常重要,而信噪比、信号背景比就成为决定能否获得高对比度、高分率图像的关键.运用光学信息量的概念,在已有的光学成像系统信息量计算、共焦扫描荧光显微镜信噪比及传递函数计算的基础上,详细分析了共焦扫描荧光显微镜信息量与信噪比等之间的定量关系.该关系表明,为了充分利用共焦扫描荧光显微镜的成像性能,必须选择适当的探测小孔.所得的结果对于共焦扫描荧光显微成像系统的研制有重要的实用价值.

利用哈特曼夏克传感器测量圆孔径内波像差时,通常使用泽尼克模式复原算法.推导了一般情况下哈特曼夏克传感器泽尼克模式波前复原误差的计算公式.用哈特曼夏克传感器测量一个像差板的随机静态像差,通过与ZYGO干涉仪的测量结果比较,得到不同泽尼克模式复原阶数下的波前复原误差的实验结果,并与理论计算结果进行了对比.

提出了一种新颖的用于海水温度和盐度同时实时探测的光纤传感器系统.分别利用半导体材料吸收光谱的临界极限值随温度变化发生移动而导致出射光强改变的特性和待测液体盐度变化引起传输光折射角改变导致接收端光线偏移的性质,通过反射式的结构设计和线阵排列的接收光纤将信号传输至海面以上,并由CCD实现对光强峰值信号及其偏移量的采集.传感器由一直角棱镜、本征GaAs单晶体薄片、装有参考液和待测液的水槽、接收光纤阵列等部分组成.理论分析和仿真结果验证了传感器设计的可行性.

按双半球结构设计了猫眼逆反射器,并指出当折射率n=2时,猫眼可以设计成一个完整的球体.详细研究了猫眼逆反射器的各种因素对光路光程的影响,指出加工时必须要控制两半球的对心偏差(包括胶合厚度偏差).对猫眼返回光束的发散角进行了研究,详尽讨论了返回光线的发散角与球半径、材料折射率以及入射高度的关系.以猫眼返回光束的发散角最小为优化目标进行了优化设计,并给出猫眼的最佳设计参量.

设计了用对角为18 mm的微电子硅芯片液晶显示器、60°视场角的反射中继头盔显示系统.该系统由一个常用的艾尔弗(Erfle)接目镜和一个反射中继镜组成.反射中继镜和接目镜的场曲异号,因此相互部分抵消,系统具有较小的场曲和像散.中继系统的采用,不仅保证了头盔显示的特定规格要求,诸如出瞳直径和出瞳距离,而且为反射式微电子硅芯片液晶显示器的照明光源提供了空间.该系统像差较小,尺寸和重量合理,适用于特定用途的头盔显示.

在理论上分析了受激布里渊散射相位共轭效应和阈值效应对后向受激布里渊散射光束发散角的影响.在实验上,用受激布里渊散射相位共轭镜(SBS PCM)代替普通反射镜构成Nd:YAG激光器的偏振抽取腔,补偿了激活介质和光学元件造成的波前畸变,压缩了发散角,改善了光束质量.研究了抽运能量、透镜焦距等因素对受激布里渊散射偏振抽取腔输出光光束质量的影响.

提出了一种新的耦合技术--微型棱镜耦合技术,能有效地将激光二极管抽运光耦合进双包层光纤.这种技术具有简单、对光纤本身几乎无损伤等特点.介绍了微型棱镜耦合的原理和具体使用方法,理论计算所得的耦合效率约为90%.通过分析,对光源提出了相应要求,并指出了它的应用范围.

利用激光辅助合金的方法,生成InP表面AuGeNi-InP合金,并形成良好的欧姆接触,上下表面面间电阻为5.8 Ω.研究了合金工艺参量(如合金时间、合金温度、镀膜厚度等)对形成欧姆接触性能的影响.

研究了结晶度对Ag11In12Te26Sb51相变薄膜光学常数的影响.用初始化仪使相变薄膜晶化,改变晶化参量得到不同的结晶度,当转速固定时,随激光功率的增加,折射率基本随之减小,消光系数先是增大,而后减小;当激光功率固定时,随转速的增大,折射率也随之增大,消光系数也是先增大后减小.非晶态与晶态间的变换、薄膜微结构的变化(包括晶型的转变和原子间键合状态的变化)以及薄膜内残余应力是影响Ag11In12Te26Sb51相变薄膜复数折射率的主要原因.测量了单层膜的透过率和CD-RW相变光盘中Ag11In12Te26Sb51薄膜非晶态和晶态的反射率.

应用多重散射方法计算了二维介质柱构成的非晶光子材料的缺陷态.在非晶光子材料中抽掉不同位置的圆柱会产生频率不同的缺陷模,但缺陷模的能量都是非常局域的,能量基本上集中在以缺陷波长1/3为半径的圆内.这表明非晶光子材料中形成的缺陷模不仅具有周期性光子晶体的缺陷模的强局域化特征,同时缺陷模更富于变化.

讨论了硅基双势垒金属绝缘层金属绝缘层半导体(MIMIS)隧道发光结的结构、制备方法及发光特性.所制备的样品最大发光亮度达到1.9 cd/m2、光谱的峰值波长移到了蓝绿光区,表明双势垒MIMIS隧道发光结的性能优于单势垒金属绝缘层半导体(MIS)隧道发光结.利用量子力学的共振隧穿效应对它作了较好的解释.

使用800 nm、120 fs、200 kHz的高重复频率超短脉冲激光照射BaO-TiO2-SiO2系玻璃,玻璃经飞秒激光照射数秒钟后,激光会聚点的发光由800 nm波长的红色突然转变为非常强的400 nm的蓝色,对激光辐照点的发光光谱和X射线衍射分析表明,具有倍频效应的BaTiO3晶体已经产生.