利用变分法对具有五阶光学非线性介质的Z扫描特性进行了研究。通过比较,发现当介质在具有较大的五阶非线性系数或较大光强的情况下,五阶非线性项的作用是不可忽略的。这对光限制器的设计和Z扫描实验都具有一定的指导意义。

对最近实验室合成的分子材料4,4＇ 二甲氨基二苯乙烯的双光子吸收特性在从头计算的基础上进行了理论研究。理论模型是建立在密度泛函理论的基础上的。利用含时的密度泛函理论来计算分子的非线性光学性质,而溶剂效应则通过自洽响应场方法的极化连续模型来模拟。计算结果表明,三态模型可以很好地给出该分子在低激发态范围内的双光子吸收截面。随着溶剂极性的增加,单光子波长红移,双光子吸收截面增加。双光子吸收截面的大小和实验给出的结果符合得较好。

考虑了多路干涉与拉曼自发辐射噪声具有不同的谱分布特性,推导出信号的背向瑞利散射导致的多路干涉对光纤拉曼放大器噪声因数影响的解析表达式,给出了考虑多路干涉后光纤拉曼放大器的噪声因数的光学测量方法。分析了不同开关增益、不同输入信号功率、不同增益光纤背向瑞利散射情况下多路干涉对光纤拉曼放大器噪声因数的劣化程度。随着拉曼增益的增加,输入信号功率越大、背向瑞利散射越大,多路干涉的影响越大。

讨论了半导体光放大器中的带间效应,及载流子热效应、谱烧孔效应、双光子吸收以及超快非线性折射等带内效应对半导体光放大器的动态特性的影响,讨论了两种情况:1)保持控制光波长不变而改变信号光频率,2)保持控制光和信号光频率相同而同时改变它们的频率下半导体光放大器的增益、相位动态特性以及太赫兹光非对称解复用器的开关窗口特性。数值结果表明,为了得到较为平坦而窄的开关窗口,控制光波长应与信号光波长相同,且其与半导体光放大器增益谱中心波长的差值应该大一些。

在天文像复原“迭代位移叠加法”中,判定其迭代过程发展的方向和收敛结果是否正确是关键问题。根据斑点掩模法中目标重谱与目标像间的相互对应的性质,用目标重谱作为检验迭代结果的标准函数。用最小二乘法鉴别迭代过程的发展方向和收敛结果,因而可避免迭代过程的盲目性,并将得到正确复原像。

针对应用相息图再现二元图像的图像质量劣化问题,提出一种基于对二元图像进行振幅补偿的改进方法,对二元图像的零振幅区进行一个微小量的振幅配置,实现该区域相位对迭代的参与,从而增加了相息图设计的自由度,改善了二元图像的质量。通过对模拟实验结果的比较分析,讨论了振幅补偿对二元图像质量的改善效果。

提出了一种基于小波分解和进化策略相结合的多聚焦图像融合方法。该方法首先对不同聚焦点图像进行无下采小波分解,并分别将其各方向、各尺度的高频信息进行叠加,然后依据它们在高频信息叠加层上对应的局部区域能量的差异,采用进化策略进行区域划分,进而实现分区域融合。实验结果表明所提出的方法比小波变换法具有更好的融合效果。

提出了一种简单、小型的光纤光栅温度补偿器件,将光纤光栅粘贴在具有负热膨胀系数的材料上,实现了光纤光栅的温度补偿。该器件在-20～44℃温度范围内光栅波长变化0.08 nm,是未补偿光纤光栅的1/8。

通过数值模拟对飞秒暗孤子间的相互作用进行了研究,并且同飞秒亮孤子和皮秒暗孤子分别进行了比较,结果表明:同飞秒亮孤子相比,飞秒暗孤子间的相互作用比较小,前者表现为相互吸引、碰撞、合二为一,然后相互排斥,不具有周期性;而后者从一开始就相互排斥,且这种排斥作用较亮孤子来说相当微弱,同样也不具有周期性。此外,数值模拟的结果还表明,飞秒暗孤子间的相互作用同皮秒尺度下暗孤子间的相互作用基本一致,并且通过计算表明,飞秒暗孤子间的相互作用在一定范围内仍可利用皮秒尺度下暗孤子间相互作用的经验公式。但是,数值模拟结果显示,两孤子的初始间距越小,由经验公式计算结果所带来的误差就越大。

比较了三种不同色散光纤用于超连续过程时的频谱展宽特性,在此基础上对产生宽带、平坦超连续谱超连续谱的普通色散位移光纤的参量进行模拟设计,并提出优化设计应遵循的原则。

重点研究了偏振模色散、群速度色散、自相位调制三者之间在高速光纤通信系统中的相互作用,从时域角度分析脉冲的演变,从频域角度分析频谱的变化,提出一定条件下,啁啾、色散、自相位调制可以部分补偿偏振模色散的思想。通过对40 Gbit/s系统进行偏振模色散、群速度色散和自相位调制共同作用的仿真,从统计意义上验证了它们之间的相互影响,并找到最佳传输方案,对系统设计提供了参考。

介绍了在用两步离子交换方法制作光功分器中,在高斯分布为初始条件下采用平均法求出非线性两步离子扩散方程的折射率分布,与实验测出的折射率分布符合得很好。该法尤其对单模光功分器求其折射率更为简单和实用。

就作者自行研制的Er3+-Yb3+ 共掺磷酸盐玻璃(LGS-L),用重叠积分方法进行放大器设计.在Er3+、Yb3+掺杂浓度分别为1.51×1026 ions/m3、19.1×1026 ions/m3的情况下可获得2.6 dB/cm的增益;Er3+掺杂浓度为2×1026 ions/m3时,在4 cm的器件上可获得超过15 dB的增益.此外,讨论了信号光和抽运光光场强度的横向分布与Er3+、Yb3+横向掺杂浓度分布之间的重叠对放大器增益的影响,放大器的最佳长度,以及在980 nm抽运下,Yb3+、Er3+掺杂浓度比对放大器增益的影响.

对于傍轴光束,提出了介质平面波导衍射场的近场模场半宽度、远场发散角半宽度和光束传输因子M2等光束参量之间满足简单的关系式,三个光束参量均可直接由波导模式场分布精确计算,或由可实际精确测量的远场衍射频谱分布精确计算。M2因子的计算公式可表述为以二阶矩和微分算子定义的近场模场半宽度的比值,或以二阶矩和微分算子定义的远场发散角半宽度的比值。最后推导出介质平面波导TE0模衍射场光束参量的解析函数和光束参量的范围。

从部分相干光的传输定律出发,研究了杨氏双缝实验远场的光谱变化。指出杨氏实验中光谱开关在远场也会出现。缝的衍射和光的空间相干性是产生光谱开关的物理原因,增大缝参量ε和源的空间相关度Δ光谱开关效应越显著。作了详细的数值计算以说明远场光谱位移和光谱开关的特性,并与已有的工作进行了比较。

利用广义洛伦兹米氏理论,研究了多层球折射率按指数规律变化时,其一阶彩虹角分布随折射率变化的情况。研究结果表明,无论折射率为指数增大还是指数衰减,多层球彩虹角位置均与折射率分布密切相关,为探测非均匀球的折射率及梯度分布以及燃烧室的温度分布提供了有效的信息。

基于互易定理研究了光波入射时微粗糙面与其上方球形粒子复合模型的光散射。根据粗糙表面电流积分方程并利用表面微扰展开,得到了微粗糙面表面极化电流的迭代解,给出了耦合电场的计算方法。结合散射耦合场散射矩阵和已有的微粗糙面及球形粒子的散射矩阵,给出了复合模型散射截面的计算公式,数值计算了复合模型的后向散射截面并进行了详细讨论。

考虑了在CIE L*a*b* 3D色空间中以色立体作为综合评价分色合色膜色再现性能的标准,分析了宽锥角光束入射时分色合色膜空间角度特性对图像色再现质量的影响,从优化色立体体积出发提出了用预补偿的方法来优化膜系设计,提高了宽锥角光束入射下膜系的色再现性能.

提出了具有两重外腔的自混合干涉。根据半导体激光器的自混合干涉理论,研究了两重外腔自混合干涉模型,及其信号的调制和解调方法。该方法用一个附加的参考反射镜在半导体激光器(LD)和目标间形成两重外腔,参考外腔用于补偿光学频率涨落引入的相位误差。用快速傅立叶变换相位探测技术(FFT)分析自混合干涉信号。运用这些方法,可提高相位测量精度,在微光机电系统、光学工程和其他工程应用上有潜在的实用价值。

通过透射谱、X射线激发发射谱(XSL)的测试,研究了布里奇曼(Bridgman)法生长的掺铌钨酸铅晶体的发光性能,并利用正电子湮没寿命谱(PAT)和X射线光电子能谱(XPS)的实验手段,对其微观缺陷进行了深入研究。结果表明,铌掺杂能够有效地改善钨酸铅晶体的350 nm吸收带,提高钨酸铅晶体的发光快成分比例,并使得晶体中的正电子捕获中心浓度上升,低价氧浓度上升。提出掺铌钨酸铅晶体中Nb5+将占据W6+格位并使得晶体内部分(WO4)2-根团成为(NbO3+V-O)-,由此可改善钨酸铅的发光性能。

提出了一种混合集成微型光纤光谱仪。该系统采用一种全息凹面光栅作为分光成像元件,以线阵CMOS图像传感器作为探测元件,实现400～800 nm波长范围内的光谱检测。整个系统的光学元件少、光能传输效率高、结构简单紧凑、体积小。通过结构与参量的优化设计、计算机模拟和初步实验表明这是一种较为理想的微型光谱仪。

成功制备了结构为ITO/PDDOPV/PPQ/Al的异质结聚合物发光二极管。该器件在正反向偏压下均可发光。在正向偏压下的光发射主要来自PDDOPV ,但在反向偏压下的光发射则包括来自PPQ的蓝光发射和PDDOPV的黄光发射。蓝光强度与黄光强度的比值随着反向偏压的增加而增加,当反向直流电压分别为2 2V、2 4V、2 6V、2 8V时,其电致发光光谱中PPQ与PDDOPV的峰高比IPPQ/IPDDOPV分别为1.0 92、1.32 9、1.6 0 5、2 .0 4 6。换句话说,该器件的发光颜色是压控可调的,这对实现彩色显示是极为有利的。分析了在反向偏压下的发光机理以及IPPQ/IPDDOPV受电压控制的原因。

利用直接波前斜率法和变形镜的电压-面形响应特性,研究了常规自适应光学系统和共光路/共模块(CP/CM)自适应光学系统中哈特曼波前传感器与变形镜的对准误差。常规自适应光学系统中,可以用重新测量变形镜的影响函数以减小对准误差的影响,虽并不能消除其影响,但系统都会有很大的调整容差;共光路/共模块自适应光学系统中采用不同的双哈特曼数据处理方法,哈特曼波前传感器与变形镜的对准精度对系统校正能力影响是不同的,采用加修正因子斜率融合法和电压融合法由于在数据融合时考虑了两台哈特曼传感器与变形镜对准的差异,所以对准误差的影响与在常规自适应光学中相同,系统都会有很大的调整容差,而采用直接斜率融合法的共光路/共模块系统由于是建立在两台哈特曼传感器完全一致的假设基础上,所以对对准精度的要求是很高的。分析过程中给出了相应的数值计算结果。

分析了自适应光学系统的波前斜率校正效果,综合大气湍流扰动和测量噪声的统计特性,在最小二乘复原算法的基础上推导得出一种形式简洁、易于实际操作的最优斜率复原算法。在大气湍流波前扰动条件下,对这种最优斜率复原算法的补偿效果和工作稳定性进行了计算研究。

介绍了微光成像系统视距理论的基本概念,在对微光成像系统视距探测方程推导的基础上,分析了各参量间的关系及其对整体性能的影响,从大气透过率和光谱匹配等诸多方面进行修正,建立了更为实用和完善的视距探测方程,并结合车辆驾驶夜视仪进行了视距估算,验证了经修正后的视距公式的实用性,为微光成像系统的优化设计以及寻求实现中远距离观察的最优技术途径提供了理论帮助,这对微光成像系统的改进、提高和发展也具有一定的指导意义。最后提出了一些改进微光成像系统视距性能的途径。

提出一种利用高速倾斜反射镜对太阳像进行平场处理的新方法。介绍了此方法的原理和实际工作过程,并给出了实验结果。结果表明,应用高速倾斜反射镜可以非常有效地对太阳像进行平场处理,提高太阳像成像质量。