利用光瞳滤波器来改变光在焦斑处的分布,是实现光学超分辨的有效途径.由于受到制作上的影响,现有的光瞳滤波器大都是纯相位型或者纯振幅型的.与纯相位或者纯振幅型光瞳滤波器相比较,复振幅型光瞳滤波器能够实现更好的滤波效果.不过由于制作上的困难,影响了复振幅的光瞳滤波器在实际中的应用.为此给出了一种相对容易实现的复振幅型光瞳滤波器,通过计算表明:在横向具有相同的第一零点比和斯特雷尔比下,该复振幅型光瞳滤波器的旁斑强度比优于纯相位型光瞳滤波器50%,并且有效地降低了纯相位型光瞳滤波器的轴向加宽.

研制该系统的目的是对弹道干板进行数字化、高精度、高自动化的判读,代替传统上低效率的人工判读方法.该系统使用普通平板扫描仪将弹道相机拍摄到的干板图像进行数字化并对扫描图像进行高精度的标定和修正,再利用数字图像处理技术对干板图像进行分析判读.着重叙述了用分布于待测图像四周的标准正交网络对包括待测图像在内的全场进行标定和修正的方法及实验结果.经过本方法标定和修正后,扫描图像几何标准偏差在2～3 μm以内.该判读系统及所用到的扫描仪标定方法,实现了弹道干板的数字化、自动化的高精度判读,使普通扫描仪可用于精度要求极高的工程测量.

对平面波导工艺过程里出现的点缺陷,如气泡、灰尘颗粒等对平面波导内光场造成的散射提供了一种简单而又实用的计算方法.计算基于格林函数方法,并利用矩量法求解积分方程,采用分块矩阵优化算法,使得算法的计算时间直接与点缺陷大小相关,提高了效率.证明了一定大小的点缺陷在特定的波长处会产生很大的散射损耗,证明点缺陷的散射损耗依赖于缺陷大小和光学性质而与其在波导中的位置无直接关系.以二氧化硅平面波导为例,分析了对中心波长1.55 μm的入射光场,分别存在气泡和灰尘颗粒两种点缺陷时,散射损耗随点缺陷大小的关系特性,指出工艺过程特别应该避免某些孔径的点缺陷.

基于光学扫描全息术原理和编码孔径层析成像技术,提出了一种三维物体层析成像技术--菲涅耳波带板扫描全息术.该技术通过将物体的光强分布函数与菲涅耳波带板的光强分布函数进行卷积运算来得到物体的扫描全息图,通过相关解卷积的方法来进行扫描全息图的数字重建.依据该技术原理设计了实验系统,系统结构简单紧凑,具有三维物体层析成像功能.提出用数字高通滤波器来减少重建图像的背景噪声.计算机仿真及对实物的扫描记录和重建实验结果表明,该技术原理正确,用于三维物体层析成像是可行的,用数字高通滤波的方法提高重建图像的对比度是有效的.

在对复杂光学系统粗装调完成之后,利用自准干涉检验的办法,采集光学系统各视场的干涉图,然后用干涉条纹分析软件算出整个系统波前误差,其量值用泽尼克系数来表示,通过泽尼克系数与系统的波像差的关系,判断要调整的目标值,即当前在光学系统中占主导地位的波前误差,对主导误差优化,得到系统的失调量,由光学设计软件确定其正确后,进行一次精密装调.然后进行多次这样的计算机迭代和优化,直到光学系统达到最好的调整状态.运用此方法来装调大口径,长焦距离轴三反射镜系统,在波长λ等于632.8 nm时,该离轴三反射镜系统中心视场波像差均方根值达到了0.094λ,+1°视场和-1°视场的均方根值分别为0.106λ和0.125λ.

利用衍射光学元件独有的负色散性质和可实现光波面任意相位调制的特点,在光学系统中引入衍射面,设计了出瞳距离为26 mm,出瞳直径为12 mm,视场角为20°(H)×15.4°(V)的用于增强现实的折/衍混合穿透式双通道头盔显示器的光学系统.设计的系统内、外两个光通道的光能量利用率分别达到1/4和1/2.系统分辨力适合采用分辨率为800×600、像元尺寸为33 μm的图像源.设计结果,系统镜头直径小于46 mm,满足用于双目显示的要求.设计结果表明,该系统不仅在结构上满足使用者因素的要求,而且成像质量接近衍射极限,具有很高的分辨率,色差和畸变非常小.设计结果完全满足用于增强现实的要求.

彩色负片的颗粒性能是一个重要的质量指标.以往颗粒性能的度量采用均方根颗粒度的方法.均方根颗粒度建立在只对彩色负片进行灰密度(白光调制)采样的基础之上,难以保证所测数值与实际扩印照片效果相符合.采用对彩色负片进行红、绿、蓝三色光调制密度采样的方法,从三色均方根颗粒度出发,结合扩印过程中颗粒性能的传递特性以及观察照片时人眼的视觉生理和心理特性等诸多因素,形成一个代表最终照片颗粒效果的知觉颗粒度,称为彩色负片的印片颗粒指数(PGI).实际测试和观测比较表明,所测彩色负片印片颗粒指数数值与其扩印效果相符合,印片颗粒指数方法能够反应彩色负片颗粒性的实用效果.

研究了在CP/CM系统中,两个哈特曼-夏克波前传感器用于控制一套波前校正器件的几种数据融合方法,通过复原矩阵的条件数分析了斜率数据向量的扰动和复原矩阵的扰动对系统控制电压的影响,得到了相应的公式.实现了CP/CM自适应光学闭环实验,并且利用实际系统比较了几种数据融合方法,认为现有工程技术条件下,加修正因子斜率融合和电压融合是可行的办法,二者在控制电压的得到上是等价的,不同之处将表现在波前处理机.

对采用金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术生长的GaN1-xPx三元合金进行了低温光致发光(PL)和X射线衍射(XRD)测试分析.与来自GaN层的带边发射相比,P的摩尔分数比为0.03,0.11和0.15的GaN1-xPx的光致发光峰分别呈现出了73 meV,78 meV和100 meV的红移,文中将这种红移归因于GaN1-xPx合金具有大的带隙能量弯曲系数.X射线衍射结果表明GaN1-xPx三元合金仍为六方结构晶体,且随着P组份比的增加,GaN1-xPx合金的(0002)衍射峰逐渐向小角度方向移动,即晶格常量变大,同时,(0002)衍射峰谱线不断宽化,说明由于替位式P原子的不规则分布以及部分间隙P原子的影响造成了GaN1-xPx样品的晶格畸变.在GaN1-xPx的光致发光谱及X射线衍射谱中均未观测到相应的有关GaP的峰,表明所生长的高P含量的GaN1-xPx三元合金没有产生明显的相分离.

采用四倍频的Nd:YAG脉冲激光(波长266 nm,脉宽10 ns)对氧化铅摩尔分数在0.3至0.5的硅酸铅玻璃体样品进行照射,并对照射前后样品的折射率及紫外-可见吸收光谱进行了测量.研究发现不同能量密度的266 nm激光照射硅酸铅玻璃体样品,会使样品的紫外-可见吸收光谱产生不同的变化:当266 nm激光能量密度较高时(150 mJ/cm2),样品在可见区域的吸收系数明显增大,样品表面会产生褐色斑点;而当266 nm激光能量密度较低时(50 mJ/cm2),尽管累计剂量较大,样品表面无斑点产生,吸收系数稍有增加,而折射率下降明显,最大Δn=-0.25±0.04.对氧化铅摩尔分数为0.43的硅酸铅玻璃用不同能量密度的266 nm激光进行照射,发现当激光能量密度大于某一阈值时,样品在可见区域的吸收系数突然增大,这可能是由于硅酸铅玻璃吸收266 nm激光能量导致局部温度升高而引起玻璃结构改变所致.

研究了孤子脉冲在双折射光纤零色散点附近的传输特性,应用数值分析方法,讨论了在双折射光纤中,三阶色散对孤子脉冲传输的影响.在输入脉冲两个偏振分量强度相等的情况下,分析发现孤子捕获条件没有变化,但是,脉冲一个偏振分量迅速展宽,另一偏振分量展宽变慢.同时,脉冲的形状、光谱在两个偏振分量中都呈现出不对称性.在一定的条件下,孤子的辐射波主要集中在一个偏振分量中.

以钛酸正丁酯[Ti(OBu)4]、正硅酸乙酯(TEOS)为原料,采用溶胶-凝胶(sol-gel)提拉方法在K9光学玻璃基片上镀制得高透过的λ/4～λ/2型宽带增透膜.该增透膜的表面均匀性良好,均方根粗糙度(RMS)为1.201,平均粗糙度(RA)为0.934,具有一定的耐擦除性.经200 ℃热处理,膜层中的OH吸收峰已基本消失,在400～700 nm光谱范围的透过率比基片的平均透过率提高6.6%.为实现大面积涂覆"神光"装置主放大器的防爆隔板玻璃,大幅度提高主放大器的抽运效率奠定基础.

为了实现对光纤布拉格光栅传感器的波长解调,使用普通的光纤波分耦合作为波长鉴别器件,将波长的变化转变成光强的变化,并用双路差动放大去除光源强度变化和外界干扰的影响.使用发光二极管(LED)作为光源以降低系统成本,因此使用调制光源和交流放大器对信号进行处理.实验达到约10 με的应变测量分辨力和0.2 ℃的温度测量分辨力.是目前最廉价的光纤布拉格光栅传感器之一.

以硅烷和氧化二氮作为反应气体,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,不使用掺杂,在单晶硅衬底上制备了用于平面光波导的二氧化硅薄膜.研究了薄膜折射率和淀积速率与工艺参量之间的关系,通过棱镜耦合仪、傅里叶变换红外光谱、原子力显微镜等测试手段,分析了薄膜的结构和光学特性.结果表明,实验能快速生长厚二氧化硅薄膜,薄膜表面平整,颗粒度均匀,同时薄膜具有折射率精确可控和红外透射性能好的特点,非常适合制作光波导器件.

针对单模双环掺铒光纤激光器具有光耦合相互作用的非线性动力学特点,应用"交叉注入反相位双环对两环主动-被动"混沌同步方法,数值模拟实现了两组相互独立的单模单环掺铒光纤激光器激光分别和单模双环掺铒光纤激光器对应环激光混沌同步;提出并数值模拟了具有调制频率1 kHz和15 kHz的正弦信号的双环-两环的两路混沌隐藏编码保密通信系统,它们解码质量好,保密性能强,可以很好地应用在混沌多路保密通信中.

讨论了影响波分复用薄膜滤光片中心波长漂移的因素,着重分析了滤光片的温度稳定性.根据实验结果,借助于高桥模型,分析计算了滤光片的折射率温度系数、线膨胀系数和泊松比以及它们对温度漂移的影响.得到了Ta2O5/SiO2滤光片薄膜的折射率温度系数、线膨胀系数、泊松比分别为1×10-5 ℃-1,5×10-7 ℃-1和0.12,指出了这三个参量是影响温度稳定性最重要的因素,特别是薄膜的折射率温度系数.对特定的基板热膨胀系数,通过调节滤光片的干涉级次和间隔层材料,可望得到零温度漂移的稳定滤光片.

在面向分组业务的全光交换系统中,采用全光地址处理技术可以减少处理时延,大大提高信息处理速度和网络吞吐量,对全光网络的研究具有重要意义.分析了光正交码的自相关性与互相关性,并将其特性应用于全光传送网中,以针对未来基于光分组业务的全光环网为例,提出了一种光分插复用器的新型结构,给出了总体应用设计规则,重点研究和分析了全光地址识别机理和相关的应用设计方法,给出了针对全光环网组网规模的仿真分析结构和基本实验结果.结果表明采用所提出的设计原则和设计方法来实现全光地址识别是可行的.

基于拉曼放大器的功率耦合方程,采用遗传算法和全局收敛的布雷登方法,提出一种优化设计不同形式反向抽运宽带光纤拉曼放大器的自动配置算法.该算法的特点是计算速度快,收敛性好,适应面广.通过对具有不同增益要求的分立式、单光纤分布式以及不同结构的色散管理式宽带拉曼放大器设计表明:在10 THz的增益带宽内,放大器的增益平坦度均优于±0.6 dB,表明了该算法的可行性.通过对由标准单模光纤和色散补偿光纤构成的组合放大单元与色散管理光纤级链组成的放大单元的比较,表明色散管理式拉曼放大器具有潜在的应用价值.

分析了影响激光二极管抽运Yb:YAG激光器调Q效率的参量,推导了激光二极管端面脉冲抽运Yb:YAG晶体的速率方程,解出了双程抽运情况下的净抽运量子产率.利用数值计算方法,模拟了净抽运量子产率与晶体长度,抽运光脉冲宽度等关系,得出晶体长度的优化可以提高Yb:YAG激光器输出效率.计算了调Q Yb:YAG激光器的最大增益、最大储能,分析了放大自发辐射对于Yb:YAG能量存储的影响.同时给出了激光二极管端面抽运调Q Yb:YAG优化设计方法.这些分析和计算为实际器件的研制提供参考.

提出了雅可比-傅里叶矩,它是用雅可比多项式作为径向函数,用傅里叶因子作为角向函数构造而成的,是广义正交傅里叶-梅林矩.经过归一化处理后的雅克比-傅立叶矩具有平移、尺度、旋转、灰度多畸不变性.从归一化图像重建误差、噪声灵敏度等方面对雅可比-傅里叶矩的图像描述能力进行了研究,结果显示雅可比-傅里叶矩在各种参量选择的情况下,具有良好的图像描述和抗噪声能力,是一个优良的图像特征.以前的研究多为单纯构建某一个函数,而现在将其扩展为构建一个函数族,开阔了矩描述量的研究视野.

对惯性约束聚变实验而言,激光时间脉冲整形具有非常重要的意义.随着惯性约束聚变技术的不断发展,对终端脉冲的时间填充因子的要求越来越高,直接导致了对前端系统时间脉冲整形技术的要求也越来越高.为了满足惯性约束聚变实验对前端时间脉冲整形技术的要求,自行设计了"刀口器"装置.利用这一装置,并结合改进的时空变换脉冲整形技术,在"神光-Ⅱ"的升级装置上,实现了大功率激光装置上的激光时间脉冲整形,在终端得到了脉宽1.16 ns、上升沿337 ps、下降沿360 ps、时间填充因子为81.2%的方波激光脉冲, 满足了物理实验对前端系统激光时间脉冲整形的要求.同时,提出了进一步改进的措施,以满足今后物理实验的更高要求.

从严格的矢量非傍轴传输方程出发,并通过傅里叶变换及角谱分析的方法,分析了在超短脉冲光束中,矢量效应对其在自由空间中的非傍轴传输的影响.结果表明,矢量效应对脉冲光束的标量傍轴解的修正有着重要的影响,当对脉冲光束进行非傍轴传输处理时,必须考虑它的矢量特性.基于上述分析,得到了支配超短脉冲光束传输的矢量非傍轴方程的一个完整积分解.从这个积分解出发,通过对电场进行泰勒级数展开的方法,得到了一种相对简单的方法,通过这种方法,可以从脉冲光束的已知标量傍轴解来求出矢量非傍轴波动方程的相对精确解.

在圆偏振高强度激光脉冲的传播过程中,对稠密等离子体层从不透明向透明的转变从理论上和以模拟的方法进行了研究.在有些情况下,流体方程不再能给出稳态解,此时必须考虑相互作用的动力学部分.研究发现,稳态解是否存在,和等离子体是否透明相联系.还发现,透明性不仅决定于电子密度和激光强度,而且决定于等离子体层的厚度.当没有稳态解时,等离子体开始变得透明,称之为绝对透明.当等离子体透明时,几乎没有光压作用在等离子体上,因此电子密度几乎不变.

介绍了一种通过使用多个薄膜法布里-珀罗滤光片的叠加来实现密集波分复用中使用的梳状滤波器的设计的新方法.采用间隔层为熔融石英的薄膜法布里-珀罗滤光片作为基本结构的光学梳状滤波器可以比较容易地控制各腔的厚度,因而能精确地达到波分复用系统中波长间隔非常窄的要求.分析了如何确定间隔层厚度和各法布里-珀罗腔的反射镜的反射率以及它们之间的匹配问题,最后给出了与设计吻合较好的实验结果,制作的梳状滤波器在C波段的信道间隔为100 GHz,相邻通道窜音小于-24 dB,最小插入损耗约-0.4 dB.

白色有机发光器件是实现彩色平板显示的重要方案之一.利用蓝色发光材料DPVBi[4,4′-二(2,2-二苯乙烯基)-1,1′-联苯]掺杂红光染料DCJTB[4-氰甲烯基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久洛尼定基-9-烯炔基-4H-吡喃)]作发光层制备了白色发光器件.研究了DPVBi掺杂不同浓度DCJTB薄膜的光致发光性质, 根据光致发光结果,制备了以DPVBi掺杂不同浓度DCJTB作发光层的电致发光器件,其结构为ITO/CuPc/NPB/DPVBi:DCJTB/Alq3/LiF/Al.当DCJTB质量分数为0.0008时,器件实现了白色发光(色度x=0.25,y=0.32),电致发光和光致发光的掺杂比例基本相符,表明器件的白色发光主要是由基质DPVBi向掺杂剂DCJTB的能量传递产生的.研究还发现:白色器件随电压升高,光谱中蓝色成分相对于红色成分的比例略有增加,文章对此现象进行了分析.该白光器件在14 V时达到最高亮度7822 cd/cm2,在20 mA/cm2电流密度下的亮度为489 cd/cm2,最大流明效率为1.75 lm/W.

采用结构Glass/DBR/ITO/NPB/NPB:Alq/Alq/Al制作了有机微腔电致发光器件.将空穴传输材料与发光材料以一定比例混合作为发光层,为了便于对比,在不改变有机层的膜厚的情况下同时制作了传统的异质结微腔器件,发现两种器件的发光光谱有很大不同,器件的复合效率与传统的异质结器件相比也得到了很大提高,这是因为将两种有机材料混合能消除界面势垒,提高器件的复合效率,从而提高了器件的发光性能,实现了微腔双模发射,且两个模式的半峰全宽分别为8 nm和12 nm.通过进一步优化器件结构可以实现微腔白光发射.

从理论上分析了准三能级(Tm,Ho):YLF晶体的增益与温度关系,晶体温度的降低和长度的缩短有利于减小重吸收损耗对激光器运行性能的影响.在室温条件下,用2.7 W波长为792 nm激光二极管端面抽运Tm(原子数分数0.06),Ho(原子数分数0.004):YLF微片激光器,阈值抽运功率为450 W,当入射到晶体内的激光二极管功率为1.88 W时,2 μm激光最大输出功率为328 mW,斜率效率为22.5%,光-光转换效率达17.4%.为达到激光最佳运行条件,还探讨了激光二极管波长,抽运光偏振方向以及晶体温度对Tm,Ho激光器性能的影响.

对激光二极管端面抽运(Tm,Ho):YLF固体激光器的激光特性进行了研究.根据激光二极管抽运准三能级系统的特性,详尽地分析了能量在Tm3+离子和Ho3+离子之间的传递过程,给出了(Tm,Ho):YLF激光器准三能级的速率方程,对上转换及激光下能级粒子再吸收对激光二极管抽运(Tm,Ho):YLF激光器运转的影响进行了理论分析,得出了(Tm,Ho):YLF激光器的阈值抽运功率和斜率效率的解析表达式.同时对(Tm,Ho):YLF微片激光器的激光特性进行了实验研究,当保持晶体温度为19 ℃时,阈值抽运功率为425 mW,斜率效率为22.5%,最大光-光转换效率为17.4%,并且在将晶体保持在四个不同的温度下,给出了激光输出功率随抽运功率变化的实验结果.将理论与实验结果进行比较,发现吻合得比较好.

为了进一步提高镱铒共掺杂光纤激光器的实用性,对镱铒掺杂光纤激光器的自脉冲现象进行了理论分析.利用掺杂光纤中铒离子对的可饱和吸收的作用而引起自脉冲运转及离子对互作用模型作为理论基础建立系统模型,通过理论计算分析了共掺杂镱后掺铒光纤的有效抽运速率,证明了镱铒共掺杂可以提高有效抽运速率.使用这种光纤,可以使抑制光纤激光器中离子对导致的自脉冲效应所需的抽运功率水平大大降低.半导体激光器输出的抽运功率足以抑制由离子对导致的自脉冲,提供稳定激光运转.在研制稳定单频或高重复频率锁模光纤激光器方面,这种可用激光二极管抽运的镱铒共掺光纤具有很大的潜力.

介绍了一种基于衍射光栅干涉和CCD图像测量的测量透明材料折射率的方法.这种方法使用的仪器少,操作简单,配合CCD与图像处理的运用,尝试的两种测量方案都使精度能够达到10-4.两种测量方案对同一玻璃基片的测量结果基本吻合,而第二种测量方案的测量精度要优于第一种,这是因为就我们目前的实验条件而言,CCD判别条纹移动的精度对折射率测量的影响要小于角度测量精度对之的影响.该方法还可以测量各向同性透明薄膜样品的折射率,为探索新型有机薄膜的折射率及其有关特性提供便利的手段.讨论了测量的基本原理和样品的测量结果,并对实验方法误差进行了分析.