利用Bell-CHSH(Clauser-Home-Shimony-Holt)不等式研究了两种纠缠的光学薛定谔猫态的量子非定域性及其在真空热库中的演化.计算表明,最大纠缠的薛定谔猫态具有最大的量子非定域性.在真空热库中随着时间的演化,两种纠缠态的量子非定域性逐渐减弱直至消失.

虚拟光探针是基于近场光学隐失场干涉原理产生的一种非实体探针,可以应用于近场光学超高密度存储、纳米光刻、近场光学成像、光谱探测、纳米样品的近场光学操作等领域.本研究采用三维时间域有限差分(FDTD)方法对近场光学虚拟光探针的光场分布特性进行了数值模拟计算和比较,分析了孔的形状、大小及偏振态等因素对虚拟光探针光场分布的影响.研究结果表明虚拟光探针的通光效率较普通的纳米孔径光纤探针提高102～104倍;其光场分布的中间峰的半峰全宽(即虚拟光探针的尺寸)在一定距离范围内基本保持不变,从而可以解决近场光学系统中纳米间距控制的难题,避免光学头与介质的碰撞.优化虚拟光探针的设计参量能有效的抑制虚拟光探针中的旁瓣.文章还给出了应用虚拟探针实现高密度光存储的原理方案.

由速率方程推出了双掺(Tm3+,Tb3+)离子准四能级系统的激光阈值解析式,讨论了Tm3+和Tb3+离子之间的相互作用.分析了1.5 μm波长附近的激光阈值和Tm3+、Tb3+离子的掺杂原子数分数及晶体长度的关系.结果表明,对于对应Tm3+离子3H4→3F4跃迁的约1.5μm波长的激光,激活离子Tm3+的掺杂原子数分数过大时,交叉弛豫作用将使系统阈值迅速增加.Tb3+离子的加入,一方面能抽空激光下能级,起到降低阈值的作用;另一方面亦减少了激光上能级的寿命,使阈值升高.故Tb3+离子有最佳掺杂原子数分数.对于Tm原子数分数为v=0.01的Tm:LiYF4晶体,Tff+离子的最佳掺杂原子数分数为0.002左右.同时表明,激光阈值与晶体长度有关.最佳晶体长度与Tm3+、Tb3+离子的掺杂原子数分数以及晶体的衍射损耗和吸收损耗有关.

根据线性啁啾脉冲的特点,利用增益介质的受激发射谱特性,及脉冲在饱和放大时的放大特点,从理论上提出一种获得强度分布前后沿对称放大啁啾脉冲输出的方法,并利用数值模拟对该方法的可行性进行了研究,具体给出了在利用该种方法产生强度前后沿对称的放大啁啾脉冲输出时,应该遵循的部分规律.

在多级波片方位效应的基础上,探讨了复合波片的方位效应问题.通过对多级波片的设计与测量,论证了入射光方位是影响波片延迟量的关键因素.

从Gires-Tournois(G-T)干涉仪的特性着手,分析一种基于G-T干涉仪的多信道色散补偿方法.该方法利用G-T干涉仪色散曲线的周期特性,同时对1.55μm窗口内的多个通信波长进行色散补偿,并实现色散补偿最的动态可调谐.

探讨了用电子学全息干涉术(又称数字全息干涉术)测量温度场分布及其变化的可行性,利用所设计的全息干涉实验光路,对一电烙铁头部周围温度场分布进行了实时全息记录,进而利用一维快速傅里叶变换及数字滤波处理再现出了反映温度场分布的全息干涉条纹图样.实验结果表明,与传统的光学全息干涉术相比,电子学全息干涉术借助于高分辨率CCD记录及高速计算机数字处理技术,从而可实现光学全息图的数字化记录、存储和重现.同时,利用再现物场相位倍增原理还可实现对干涉条纹数目的倍增,或利用物场相位分布的直接计算精确获取任意两点间的相位差,从而提高测量精度.此外,由于能够在不改变光路的前提下以较高的重复频率完成光学全息图的记录,电子学全息干涉术可以用于记录三维物场的变化并接近实时地再现和测量三维物场的变化规律,因此是一种极有发展前途的新型实时全息干涉计量技术.

红外无损检测的本质可归为热传导反问题的求解.利用通过解析法求解热传导正问题得出的结论,提出基于遗传算法优化求解的红外无损检测缺陷信息新方法,该算法采用浮点数编码,并采用多遗传算子并行操作,不仅获得了好的结果,而且维系了种群的多样性.模拟实验验证了算法的鲁棒性和可靠性.

依据光折变晶体中自抽运与互抽运相位共轭共存的特性,提出了一种新型的光折变自适应光外差探测系统,并利用相干性较差的固体激光器进行了自适应光外差探测的实验研究.该系统具有结构简单、干扰小和外差探测灵敏度高等优点,在光通信、激光雷达等许多领域内都具有重要的实用价值.

利用数值模拟的方法,对三种不同发射口径情况下准直强激光水平传输稳态热晕效应的自适应光学相位补偿进行了计算.结果表明,定标参量ND/NFB可充分描述其相位补偿的效果,且对理想柔形镜及实际自适应光学系统相位补偿而言,其不稳定性定标参量的阈值分别为6.0、0.35.当ND/NFB小于阅值时,相位补偿效果理想且随NDD/NFB的改变Strehl比变化平缓;而当ND/NFB大于阈值时,由于相位补偿不稳定性的增强,补偿效果迅速变差.

从理论和实验两个方面研究了连续激光二极管抽运的Cr4+:YAG被动调QNd3+:YAG微晶片激光器.考虑Cr4+:YAG饱和吸收体激发态吸收,推导了连续抽运的被动调Q微晶片激光器的速率方程,分析了微晶片参量对调Q脉冲半峰全宽和峰值功率的影响;提出了实现稳定脉冲输出的微晶片激光器设计原则.在饱和吸收体初始透过率较低(T0≈40%)的情况下,获得了脉冲峰值功率不稳定性小于±0.7%、脉冲宽度不稳定性小于±1.0%、峰值功率高达千瓦量级的高重复频率激光输出.

从耦合模理论出发,结合莫阿光纤光栅的结构特性,运用分段均匀和传输矩阵法对莫阿光纤光栅的光谱特性进行了理论分析和数值计算;详细研究了线性啁啾莫阿光纤光栅的滤波特性,在此基础上,提出了一种新型的基于线性啁啾莫阿光纤光栅的光分插复用器的结构设计方案.

电阻抗成像是通过对物体表面电压、电流的测量来重建物体内部阻抗分布或变化图像的一种新颖计算机断层成像技术.阻抗断层图像重建是一种病态的、非线性的逆问题.提出了一种全新的阻抗断层图像重建方法,它利用反向传播神经网络来表征物体内部阻抗变化位置与物体表面电压变化大小的非线性映射关系,从而可以根据对物体表面测量电压的变化先准确定位阻抗变化区域,再用线性近似方法重建阻抗变化图像.这种方法不仅具有一定的抗噪能力,而且成像精度和空间分辨率都大大好于逆投影方法.

探讨了一种新的图像自动分割的方法.提出应用高斯有限混合模型与期望极大化算法对图像特征空间的数据进行聚类,采用信息理论准则(ITC)确定要分割的图像区域数目,用贝叶斯概率分割图像.整合这些技术可以实现图像自动分割,而且实验结果表明信息理论准则可以确定适当的区域数目.

运用傅里叶光学方法,分析并推导了自聚焦透镜的三维相干成像公式.研究表明,虽然自聚焦透镜中介质折射率是径向渐变折射率分布,不同于薄透镜中的均匀分布,但是由于它的三维相干成像性质却类似于薄透镜,从而使自聚焦透镜可以在成像和光学信息处理系统中有效地代替薄透镜,实现光学系统的微型化.

通过高温熔融法制备了含Eu3+离子的Na2O-K2O-SiO2-Al2O3系统玻璃.在488nm波长光的激发下,系统地研究了上述玻璃从77 K到700K温度范围的变温发光特征.发现总的荧光强度首先随温度的升高而大幅度升高,然后随温度的升高而减少.用声子辅助吸收与热激活过程及温度淬灭效应定性地解释了上述强度的变化,同时测量与分析了 Eu3+离子的晶格场参量.结果表明,Eu3+离子与氧离子的距离随着温度升高而变短,而Eu3+离子的配位数不随温度而变化.

模拟计算了CLBO晶体混频的相位匹配角、有效非线性系数、走离角、允许角和允许波长的理论曲线.通过与BBO晶体的比较,得到了CLBO晶体的混频作用具有走离角小、允许参量范围宽的结论.

BaFBr:Eu2+是利用色心存储电子-空穴对并用可见光激励读出存储信息(产生Eu2+的4f65d→4f7的跃迁)的优良的光激励发光材料.通过热释发光技术研究了BaFBr:Eu2+的热激活行为,对其低温段和高温段的热释发光峰分别进行了归属.通过对BaFBr:Eu2+以及掺杂Na+或Al3的BaFBr:Eu2+的热释发光(TL)谱和光激励发光(PSL)谱的表征,指出在BaFBr:Eu2+中掺杂Na+或Al3+影响了F(Br)色心,使其陷阱深度变浅,并从理论上加以计算,得出的热致激发能量的变化与光致激发能量的变化能很好地吻合.

采用局域密度近似的自洽密度泛函理论计算了FeS2的电子结构与光学性质.费米能级附近区域的能带与态密度计算表明价带极大值在X(100)点和导带极小值在G(000)点,直接带隙和间接带隙分别为0.74 eV、0.6 eV.并用电子结构信息精确计算了介质极化矩阵元,从而给出了FeS2的介电函数虚部及相关光学参量,理论结果与实验符合甚佳.

用溶胶-凝胶法成功地制备了铁电半导体碘硫化锑(SbSI)微晶掺杂有机改性的TiO2薄膜及块状凝胶.铁电SbSI晶体在C轴具有非常大的介电常数,非常高的电-光系数,较大的光电导系数,同时又是一种本征半导体材料.将SbSI掺杂到非晶态的基质中,通过热处理及气氛保护的方法控制微晶的生长.通过X射线衍射光谱与高分辨透射电子显微镜观察到微晶的存在以及晶体尺寸和分布情况.使用简并的四波混频的方法测得了薄膜样品的三阶非线性极化率,并在块状样品中发现了复合材料中存在的电控双折射效应,测得样品的有效电光系数为2.42×103nm/V.

从电磁波的瑞利索末菲标量衍射积分公式出发,利用罗兰圆结构特殊的光学性能,在平面坐标系中简化标量衍射积分公式,推导出横截面折射率阶跃分布的平面波导端口衍射场分布的计算公式,并导出常用的对称结构介质平面波导和金属平面波导端口衍射场的空间频谱,阐明平面波导端口衍射场就是驻波衍射场的本质.