为了得到单频输出的光纤激光器,常采用带有相移的分布反馈结构,但当耦合强度比较大时,基模的激光功率将集中在相移区,这时,如果相移区太偏离光纤光栅的中心位置,由于空间烧孔效应,相移分布反馈激光器的两端会出现不同的输出波长特性。在接近于相移区的一端,输出为在布拉格波长的基模,而在另一端,输出为位于布拉格波长两侧的一阶模。给出了理论分析和相应的实验结果。

提出了两种新颖的采用载流导线的双阱微磁表面囚禁方案(即双U形与双Z形导线囚禁)。通过改变囚禁方案中直导线中的电流方向,即可将双U形导线囚禁改变为双Z形导线囚禁;如果逐渐减小直导线中的电流大小,即可将一个双阱微磁囚禁连续地合并为一个单阱微磁囚禁,反之亦然。详细计算和分析了上述两种载流导线囚禁方案的磁场及其梯度的空间分布。研究发现在导线中通以较小的电流,即可在导线表面附近产生很大的磁场梯度及其曲率。例如当电流为0.2 A时,其磁场梯度和曲率可分别达到0.2 T/cm和10 T/cm2以上。由于双U形导线囚禁中存在磁场零点,而双Z形导线囚禁中仅存在磁场最小值,所以双U形导线囚禁仅适用于制备双样品磁光囚禁(MOT)或研究中性原子的冷碰撞,而双Z形导线囚禁除了可用于研究原子的冷碰撞之外,还可以用于制备双样品玻色爱因斯坦凝聚(BEC)或实验研究双阱玻色爱因斯坦凝聚的性质等。

用量子力学方法研究了一维激光驻波场对亚稳态氦原子束聚焦的衍射像差。建立了半经典模型,该模型在一定条件下和已有模型一致,提出了直接计算时间演化算符的数值方法,这种计算方法速度较快,收敛性较好,数值模拟结果表明在一定的激光强度和光束半径等参量下,亚稳态氦原子束被聚焦,焦点的半峰全宽为54 nm,对比度16:1,焦长、焦深与入射原子束的速度有关,从而与动能有关,焦点的有限宽度主要是来自衍射效应的影响。

在描述原子激光强度的速率方程中,考虑了量子噪声和热噪声、以及它们的关联以后,计算了原子激光的关联函数和功率谱密度。发现不仅噪声对原子激光的统计性质有影响,而且,噪声间的关联会使得原子激光的谱密度发生从单峰到双峰、或三峰的相变。这种相变可以用凝聚体干涉条纹间距的变化来观察。进一步又讨论了噪声的关联时间对原子激光谱密度的影响。

讨论了在光折变LiNbO3晶体中建立电场控制的2×2直通交换开关的原理设计方案.通过控制读出光栅时外加电场的大小使读出光满足或偏离布拉格条件,从而控制衍射效率为1或0,实现开关的交换和直通操作.全面考虑了电场作用下晶体的压电和电光效应,基于衍射效率公式和光栅的布拉格条件,给出了为获得最佳衍射效率比时外加电场及写入光束比与记录角度间的关系曲线.

采用外加电场极化方法,在Z切1 mm厚的KTiOPO4晶体中实现了周期性极化反转.晶体的极化反转周期为9.0 μm,相互作用长度为3 mm.波长为1.064 μm的基频光功率为900 mW,晶体中心温度为32 ℃时,获得0.532 μm、22 μW的倍频绿光输出,二次谐波转换效率为0.0024%.

根据准相位匹配原理,对钼酸钆晶体用于准相位匹配倍频过程的周期性畴结构进行了设计,当入射基频光为1.064 μm时,所需的钼酸钆晶体畴结构周期为5.54 μm。利用外电场极化,当外电场为2.5 kV/mm时,钼酸钆晶体的畴结构反转时间tc＝500～600 μs。当外电场脉冲幅值为2.5 kV/mm、脉冲延续时间t＝0.6～0.8tc时,在钼酸钆晶体中制备得到了周期畴结构。当Nd:YAG纳秒激光器输出准连续功率为7～10 mW的1.064 μm激光通过具有周期畴结构的样品时,获得了0.532 μm的倍频光输出。

由光子晶体光纤的对称性可以得到模式分布的对称性,根据模式的对称性选择适当的展开函数,可以使计算量大大减少。计算了六角结构光子晶体光纤的色散特性,得到了波长在1.55 μm处色散为零时,光子晶体光纤的结构参量所满足的方程。

运用线性系统理论分析了阵列波导光栅的模场特性,导出器件传输的数学模型即光栅方程。提出了设计阵列波导光栅阵列波导数M的新方法,该方法综合考虑了降低器件串扰以及收集发散光场的能力,与文献［1］的方法相比简单且准确。分析了造成器件衍射损耗的原因,提出了降低器件衍射损耗的方法。给出了 8×0.8 nm,中心波长为1550 nm的阵列波导光栅波分复用器的设计实例,并进行了数值模拟计算验证了文中所提方法的准确性。

采用科尔霍普夫(Cole Hopf)变换法,将渐变折射率波导导模的本征值方程变换为里卡提(Riccati)方程,通过较简洁的数学演算导出导模的传播常量与模场分布的解析解,给出了平方律分布、对称爱泼斯坦(Epstein)分布、爱泼斯坦层的平板波导与平方律分布圆光纤4种折射率分布的计算公式。

在自行研制的Er3+,Yb3+共掺磷酸盐玻璃基质上用离子交换方法制作出沟导光波导放大器.在110 mW的抽运功率下(抽运光波长为980 nm),在1.8 cm长的器件上获得了3.8 dB的小信号(信号光波长为1.55 μm)增益,单位长度上的增益为2.1 dB/cm.

提出了一种优化设计多波抽运拉曼光纤放大器的方法。在不影响系统性能的前提下采用了合理的简化算法以减少运算时间,能够在给定信号光频宽和抽运个数等参量要求下得到符合增益平坦度性能要求的抽运功率和波长的优化配置结果。

根据掺铒光纤激光器的速率方程,对环形腔光纤激光器的输出特性进行了理论分析,得到了光纤激光器在稳态条件下阈值抽运功率、激光输出功率和斜率效率的解析表达式。利用数值模拟结果对光纤激光器的这些基本特性参量进行了分析和讨论,为光纤环形激光器的优化设计提供了依据。并进行了980 nm抽运的掺铒光纤激光器的实验,实验证明理论分析得到的基本特性是合理的。

在密集波分复用强度调制直接检测光纤系统中,导出了包含互相位调制和受激拉曼散射共同作用的强度/相位矩阵表达式。在计算强度噪声谱的基础上,研究了互相位调制和受激拉曼散射的相互耦合并用于密集波分复用系统的噪声分析。分析表明,受激拉曼散射主要引入低频串扰噪声,而互相位调制主要引入高频串扰噪声。相邻较近信道引入的串扰噪声主要来源于互相位调制,相邻较远信道引入的串扰噪声主要来源于受激拉曼散射。在单级传输(无色散补偿)系统中,系统性能一般首先受到互相位调制的限制。

通过大错位剪切镜和一作为参考物的压电陶瓷相移器将三个电子散斑干涉系统组成一新的三维电子散斑干涉系统。利用该系统,结合相移技术和图像处理技术, 可得到独立的位移场(u、v和w场)。该技术的特点是用三个激光器作为光源,一个压电陶瓷相移器产生参考光并实现相移,CCD摄像机前放置大错位剪切镜以使物光和参考光产生干涉。将该技术应用到柴油发动机零部件测量上,得到了主轴承孔周的三维位移场。

二维相位展开技术被广泛应用于光学精密测量、自适应光学、合成孔径雷达、图像处理等领域中。提出了一种基于模拟退火的相位展开方法。此方法对主值相位图采用局部平面近似,用模拟退火算法求出最优化平面参量,从而得到去除噪声和2π相位跳变的真实相位图。计算机模拟和实验结果均证明,此方法能有效地去除相位图中的噪声,实现带噪声的主值相位图的相位展开,可靠地重建被测物体的表面形貌。详细介绍了这一方法的原理及实验结果。

推导出不同距离、水质和探测参量情况下激光脉冲在水中传输的时域展宽表达式,并提出光波门选通法来代替传统的脉宽检测方法,计算结果与实际相符,对水下激光探测应用有重要的实际意义。

介绍一种综合利用光学粒子计数器和能见度仪测量大气气溶胶折射率虚部的新方法。首先,使用光学粒子计数器测量出大气气溶胶粒子的数密度谱(待订正),用能见度仪同步测量出水平能见度。然后,根据球形粒子的米氏(Mie)散射理论,通过分析气溶胶粒子的折射率虚部、分档半径、粒子数密度谱、消光系数和能见度之间的关系,对分档半径进行订正,得到折射率虚部和能见度之间的对应关系。结合同步测量的能见度,反演出大气气溶胶粒子的折射率虚部。最后,利用折射率虚部对光学粒子计数器数据进行订正,得到大气气溶胶粒子的数密度谱。

导出了一种研究光子在非均匀生物组织中迁移规律的数值方法,并验证该方法的精确性,进一步研究了非均匀生物组织中扩散系数对反射和透射光通量的影响,结果表明扩散系数的非均匀性对光反射和透射的影响不可忽略。

基于双棱镜耦合m线技术提出了一种新型的平面波导强度调制器。由于质子交换平面波导的导波层在加上电场后折射率发生变化,从而引起棱镜耦合输出的m线强度的变化,实现电光调制。讨论了电极间隙宽度和导波层吸收对器件性能的影响。与其他类型强度调制器相比,这种调制器具有简单的电极结构,而且调制带宽可达40 GHz 以上。

提出一种基于内反射原理的可变光学衰减器,这种利用一加长的棱镜和涂于棱镜上下两底面的SiO2薄膜的简单结构,使随入射角变化的反射光实现弱偏振相关和大动态范围的衰减。

用相移干涉术测量物体表面形貌时,各种误差因素特别是相移器移相误差的影响使得表面形貌的测量偏离了实际值,甚至会产生形貌失真的现象。采用傅里叶分析的方法对相位提取算式作了理论分析,并根据特征多项式设计分析理论构造了新的、对移相误差不敏感的相位提取算式。经实验验证,该算法有效地提高了相移干涉仪测量表面形貌的Ra值,重复测量精度达5倍以上,使测量结果更接近实际值。

通过对光学平面玻璃样品表面检测结果的分析,对激光数字平面检测系统中,应用泽尼克多项式进行平面分析的系统理论误差以及被测表面形状类型的判别方法进行了深入的研究,并应用误差分析理论,提出了一个在“泽尼克像差空间”确定激光数字平面检测系统精度的理论和方法。

测量了Cr:Nd:GSGG晶体从-70 ℃到+80　℃温度下的荧光发射光谱和荧光寿命,计算了该晶体在不同温度下1.061 μm受激发射截面,获得在此温度变化范围内受激发射截面随温度的线性变化关系。

Tm∶YVO4和Tb,Tm∶YVO4晶体中激活离子之间或激活离子与敏化离子间的交叉弛豫、与无辐射跃迁及激光上能级的辐射跃迁的几率是相近的,对这种双掺离子晶体的激光阈值理论估算式中必须同时考虑离子间交叉弛豫.从激活离子能级跃迁速率方程和激光、抽运光传输方程推导出端面抽运的包含交叉弛豫几率等光学参量的激光阈值的理论估算式.用这些方程讨论了Tm∶YVO4和Tb,Tm∶YVO4的1.5 μm和1.9 μm波长的激光性能,并论述了Tb3+离子的作用.结果表明Tb3+离子的的掺入,增加1.5 μm波段激光的强度,降低阈值能量,但对1.9 μm波长激光有负面作用.

测量了不同Yb3+离子掺杂浓度下,Er3+/Yb3+共掺SiO2-Al2O3-La2O3玻璃的吸收光谱、荧光光谱和Yb3+离子2F5/2的能级寿命,应用迈克康伯(McCumber)理论计算了Er3+的受激发射截面σemi,讨论了Yb3+离子浓度对其自身吸收性质、Er3+离子发光性质,以及Yb3+→Er3+能量传递效率(η)的影响,初步探明该基质玻璃中Yb3+离子掺杂数浓度的最佳范围为3.94×1020 cm-3至5.92×1020 cm-3,在此掺杂范围内,Yb3+离子的最大吸收系数为9.8 cm-1,Er3+的峰值发射截面和Yb3+→Er3+能量传递效率(η)分别为0.64×10-24 m2和92%.