为了控制光场感应电离等离子体的温度以使得基于光场感应电离机制的X射线激光辐射获得更高的增益值,利用准静态隧道电离模型,定量计算了电子剩余能量与激光偏振参量、波长(频率)、激光强度以及电离介质电离能的变化关系。计算结果表明线偏振短波长激光以及高电离能介质产生的等离子体中电子剩余能比较低,因此适合用作复合机制X射线激光;对于低价离子在偏振度α介于0～1之间的某一处最高,因此,可以通过调整偏振度α,获得某一椭圆偏振光,会更有利于基于光场感应电离电子碰撞机制X射线激光增益的提高。

分别利用空间和光纤马赫曾德尔干涉仪对空间和光纤传输中的单个光子的干涉现象进行了研究,干涉对比度可达到90%以上,实现了空间和光纤中的单个光子的路由操控。实验采用脉冲调制加衰减的方法产生单个光子,获得了每个脉冲中只包含0??1个光子的准单光子源。通过改变压电换能器的电压控制马赫曾德尔干涉仪的单个光子在两个输出端的选择,实现了光子在节点上的路由。采用同步符合检测技术,利用重复频率为1 kHz,脉冲宽度为100 ns的同步信号对输出信号进行符合,实现了量子效率高于70%,暗计数小于0??2 s-1的单光子高灵敏度检测,观测到了单个光子在相位操控下出射到两个输出端的有序分配现象,验证了基于马赫曾德尔干涉仪的单个光子路由操控实现的可能性。

提出了一种基于优化截取内嵌块编码的矩形感兴趣区域编码的干涉多光谱卫星图像压缩方法,不需要对小波域的系数进行提升,而是在码流组织时通过对多光谱区域自适应失真跟踪实现。解码器不需要进行小波域系数的逆提升,即可达到感兴趣区域的恢复质量要求。改变感兴趣区域的失真指标,只需要再次进行码流组织,而不需要重复进行优化截取内嵌块编码的T1编码,因此更为有效、灵活。同时提出了一种整型率失真斜率估计值快速算法,既可以保证率失真优化截取的精度,又避免了率失真斜率的浮点除法计算和浮点表示,降低了系统的复杂度。该算法适合干涉多光谱卫星图像压缩。

提出一种基于离散衍射光的全息光栅的带宽压缩算法。人眼的视觉分辨率是有限的,即空间频率变化在Δfpupil以内时(两根光线的夹角小于0.3°),不会察觉光线的跳变。首先对衍射光的频谱进行采样,使全息光栅衍射的是空间频率不连续的离散光,即在光栅的编码中只包含离散光频谱,且满足人眼视觉要求。这样,光栅的条纹函数为周期性函数,因此,在条纹编码中我们只需记录一个周期的函数值(样本数),光栅的条纹函数的样本数可得到有效的压缩。然后在解码中通过简单的复制可恢复光栅条纹函数的全部样本值。采用这种方法,大大压缩了数据量,提高了传输速率,达到了动态显示的要求。

在非同时读出条件下,采用Ar+ 514.5 nm单色激光为光源。以信号光为非寻常偏振光(e光),通过改变抽运光的偏振态,研究不同写入光偏振组态下Ce∶KNSBN晶体的两波耦合特性。结果表明

采用平面波展开法,通过数值模拟研究了具有复介电常量的二维光子晶体的能带结构和光传输特性,重点讨论介电常量的虚部为负值情形时对传输特性的影响。研究表明由于光子带隙的存在有效地抑制了频率位于带隙内光的自发辐射。当在介质中掺入具有增益特性的杂质时,即使两种介质的介电常量相差很小,在靠近光子带隙边缘,出现了较强的受激辐射放大。通常在带隙的边缘处,光子晶体的群速度较小,而激光阈值正比于群速度的平方,当群速度很小时,激光阈值将大大减小。这为实现零阈值激光器提供了基础,也为制作光放大微器件提供了一个有益的理论参考。

应用等效折射率模型对折射率导模光子晶体光纤的群速度色散特性进行了详细的讨论。由于光子晶体光纤由单一材料(SiO2)制成,光纤的波导色散决定了总色散,因此讨论中将群速度色散分解为波导色散和材料色散,研究了波导色散与光子晶体光纤的结构参量孔距Λ、相对孔径f的关系。分析表明,在f一定的情况下,光子晶体光纤的波导色散与孔距Λ的关系符合麦克斯韦方程的比例性质;而在孔距Λ确定的情况下,光子晶体光纤的波导色散的零点、极小值点位置与f在所讨论的波长范围内存在线性关系。最后举例说明了通过调整光子晶体光纤的结构参量,可以灵活地设计其色散特性。

从基空间填充模出发,将光子晶体光纤的包层等效成均匀介质,从而将光子晶体光纤等效为阶跃折射率光纤。利用等效折射率模型,对光子晶体光纤的模式特征进行了详尽的研究,主要包括模式特性、传输常量、模场分布、功率限制特性、瑞利散射损耗特性、色散特性,等等。并通过功率限制因子这一参量将它与单模光纤进行比较。结果表明,光子晶体光纤单模工作波长范围比较宽,功率限制因子比较高,可用于制作更高抽运效率的光纤放大器。

对光纤布拉格光栅多点传感进行了理论研究与实验研究。通过定义多点传感信号分辨因子,分析了探测器对传感信号的分辨条件,给出了多点温度与应变传感原理的数学表达式,并探讨了由光源带宽决定的系统实际复用能力。设计并实现了具有一定特色的光纤布拉格光栅多点传感网络系统,利用该系统对温度、位移进行了双路、多点传感实验分析与理论验证,实验结果与多点传感理论分析相符合。

对干涉式光纤传感器来说,光源的谱宽直接影响着传感器的工作特性。从法布里珀罗干涉式光纤传感器出发,推导其灵敏度的理论表达式,并用MathCAD软件进行了数学分析,讨论了光源谱宽对传感器灵敏度的影响。介绍了具有温度反馈功能的法布里珀罗光纤干涉实验系统,给出了用该实验系统拍摄的谐振曲线照片。从该系统进行的两个重要的实验(不同干涉腔长的灵敏度对比实验和不同干涉长度的光源实验)表明,法布里珀罗干涉式光纤传感器的灵敏度与光源谱宽的理论表达式是正确的,理论公式与实验结论能很好地吻合。最后指出了该方法可以用于分析其他类型的干涉式光纤传感器的灵敏度问题,为光源的选择提供了参考。

讨论了多段双折射光纤构成环镜滤波器的滤波特性。从理论上得到了N段双折射光纤构成环镜滤波器滤波特性的结果;具体给出了N为1、2和3时的具体表达式;分析了所构成的环镜滤波器的偏振无关特性;讨论了双折射光纤的长度、拍长、双折射光纤之间夹角等因素对滤波器滤波特性的影响;最后,做了相关的实验验证,所得到的实验结果和理论模拟结果非常吻合,证实了理论的正确性。基于多段双折射光纤构造的滤波器,稳定性优于一般的全光纤马赫曾德尔干涉仪型滤波器,具有结构简单,灵活性强,偏振无关,插入损耗小和成本低等优点,在光纤传感解调,调谐光纤激光器和光纤通信滤波器等领域具有巨大的应用前景。

级联马赫曾德尔干涉仪滤波器可实现平顶化的滤波器频谱响应,但是利用传统的传输矩阵法,并不能方便地得到级联马赫曾德尔干涉仪滤波器中各耦合器的耦合系数。将级联马赫曾德尔干涉仪滤波器与数字信号处理中的有限脉冲响应滤波器进行了类比,并将数字滤波器的设计方法引入到级联马赫曾德尔干涉仪滤波器的设计中,将滤波器的传输函数表示成为各耦合器耦合系数的显式函数,同时利用遗传算法,计算了对于给定的滤波器频谱响应,级联马赫曾德尔干涉仪光滤波器中各耦合器的耦合系数。通过实例证明了利用数字滤波器的设计方法及遗传算法设计级联马赫曾德尔干涉仪光滤波器,不仅可以得到理想的结果,而且可以提高光滤波器的设计效率。

研究大信号工作状态下的Er3+-Yb3+ 共掺磷酸盐玻璃波导放大器的增益与量子转换效率。从量子转换效率的定义出发,得出了增益、抽运光功率以及量子转换效率三者之间关系的解析表达式。通过数值求解大信号工作状态下的Er3+-Yb3+ 共掺系统的速率方程与光功率传输方程,讨论了Er3+浓度、Yb3+浓度、Yb3+与Er3+浓度比率、抽运光功率以及放大器长度等因素对量子转换效率的影响。结果表明提高Er3+浓度与增加放大器长度均有助于提高量子转换效率,高Er3+浓度掺杂需要相应的高Yb3+浓度与之相匹配以减小由于高浓度Er3+掺杂引起的上转换效应, Yb3+浓度的提高将降低器件的量子转换效率,Yb3+-Er3+浓度之比取1～2较好。

为了降低高重复频率脉冲固体激光器中热致光束畸变对光束质量的影响,在激光二极管抽运、电光调Q的Nd∶YAG激光双通放大系统中对多模石英光纤相位共轭镜进行了实验研究。激光重复频率100 Hz、脉宽20 ns。实验结果表明

应用调Q倍频ns/ps Nd∶YAG脉冲激光,在波长为532 nm,脉冲宽度为8 ns,重复频率为1 Hz的条件下,研究了溶于二甲基亚砜(DMSO)中的萘酞菁铅溶液的反饱和吸收和光限幅特性。实验表明,萘酞菁铅具有良好的光限幅特性,它的有效激发态吸收截面与基态吸收截面的比值约为15.21,大于萘酞菁铜。研究结果表明, 萘酞菁铅的光限幅特性优于C60,激发态吸收是其主要的光限幅机理。实验结果证实了重原子效应可以通过增强系际跃迁而使三重态的反饱和吸收增强,从而提高光限幅的能力。

一种新型的低成本、小体积的电磁驱动微机电系统可调光衰减器,可用于密集波分复用系统中各信道的动态增益平衡。该器件采用电磁线圈驱动绕100微轴转动的微反射镜,运动部件行程极小。驱动电压为0～8 V,工作范围0～35 dB,动态响应时间小于2 ms,插入损耗小于0.8 dB,回波损耗小于-50.5 dB。器件采用微细电火花加工技术制作,加工精度为微米量级,技术成熟,工艺简单,易于批量生产。采用有限元分析软件ANSYS对器件的结构建模,对电磁场及衰减曲线进行了理论分析,并与实测数据进行了比较,得出了相当满意的结果。

把具有光敏特性的预聚物与向列相液晶按一定比例混合,注入表面经过取向处理的液晶盒中。以紫外灯为光源,通过光掩膜法,使混合物在光场的引发下发生相分离,形成液晶/聚合物相位光栅。由于相分离后液晶在取向膜的作用下沿液晶盒面方向旋转180°,克服了传统液晶光栅器件对入射光偏振方向的依赖,提高了光的有效利用率。采用光学显微镜和He-Ne激光器进行测试,结果表明所制样品具有较好的栅结构,其衍射效率不受入射光偏振方向的影响且具有电场可调性。该光栅制作方法简便,驱动电压低,在光通信器件、衍射光学、投影显示、光开关等领域有广泛的应用前景。

提出一种集光纤准直与光束漂移量反馈控制准直技术于一体的激光光束准直方法,它是在单模光纤对激光器出射光束漂移量进行初级准直的基础上,进一步对光束的漂移量进行反馈控制,进而提高出射光束的方向稳定性。准直系统中利用漂移量分离光路和光电检测系统对光束的平漂量和角漂量进行了分离检测,并各自构成相应的光束空间平漂量反馈控制系统和光束空间角漂量反馈控制系统,减小了平漂量和角漂量反馈控制中的相互耦合。引入单模光纤使激光器与光束漂移量反馈控制准直系统相隔离,减小了激光管热源温度变化等因素对准直系统的影响,同时还便于准直系统使用中的安装布置。上述方法的应用,提高了准直精度及准直效率。实验表明目前该方法准直精度可达0.7×10-7 rad。

提出了一种基于单轴晶体制作的相位型光瞳滤波器,与普通的相位型光瞳滤波器相比较,单轴晶体相位型光瞳滤波器不仅制作简单,而且相位差有一定的可调节性。与液晶制作的相位型光瞳滤波器相比较,虽然单轴晶体相位型光瞳滤波器的可调节性不如液晶相位型光瞳滤波器,但是单轴晶体相位型光瞳滤波器成本低,而且也不会对光的衰减过大。单轴晶体相位型光瞳滤波器可以实现对焦斑分布的连续调节。通过理论分析和数值计算,论证了单轴晶体相位型光瞳滤波器的可行性,并且具体设计了两区型的单轴晶体相位型光瞳滤波器。

在利用漫反射板标定光谱辐亮度的实验装置中,标准灯完全可以近似为点光源。通过对进入光谱仪的辐射通量的数值积分,可以对应求出仪器的实测光谱辐亮度的计算公式。计算表明,实测光谱辐亮度并不等于漫反射板表面的光谱辐亮度,而有一个随标定条件变化的微小差值。通过计算,对光谱仪与漫反射板的距离、光谱仪入射狭缝的光轴与漫反射板法线的夹角以及标准灯与漫反射板的距离等影响光谱仪标定的因素进行分析,得到了最佳的标定条件。讨论了理想标定情况、光谱仪视场趋于一点的极限情况和采用实际的双向反射分布函数已知的漫反射板标定时,实测光谱辐亮度的计算情况。

针对在理解负折射率材料中光波的传播特性时相位的特殊性质,详细分析推证了负折射率介质中折射率、波矢k的大小和方向、空间坐标系以及波相相位互之间的关系。分析结果表明负折射率介质层中的波矢k的反常取向是由于其标量值为负;在统一的坐标系下,由该标量值参与数值计算和分析,k则由标量值和单位矢量k0(k0>0)共同决定,而不必再考虑左、右手系的区别。在此基础上依据电磁场理论推导了光波在负折射率介质层中的传输矩阵,用以分析含有负折射率介质层的复杂薄膜系统的光学性质。初步计算结果显示含有负折射率介质层的膜系对TE和TM波的光谱特性都有显著改变。

介绍了以自扫描光电二极管阵列(SPD)为探测元件的平像场光谱仪。该谱仪采用车尔尼特纳(Czerny-Turner)正交型结构,光谱分辨力为0.5 nm/pixel。介绍了使用标准直流汞灯和标准石英卤素钨灯进行波长定标和辐射定标方法。并利用该平场光谱仪对290～450 nm太阳紫外/大气光谱进行了测量,给出了测量结果。讨论了探测器的特性;为抑制温度对测量结果的影响,探测器两端侧某些像元被物理屏蔽,设置其为背景参考像元即哑元,利用哑元进行实时背景扣除方法来抑制温度漂移、暗电流、暗噪声等因素对测量精度的影响。根据仪器结构讨论了狭缝对谱线的影响,给出了狭缝宽度和谱线宽度的对应关系,并对仪器谱面上的相对测量误差进行了分析。

用溶胶凝胶法在SiO2基片上提拉制备了掺Er3+∶Al2O3光学薄膜。采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、差热热重分析仪、X射线衍射仪研究了掺Er3+∶Al2O3光学薄膜的形貌和结构特性。在900 ℃烧结后,SiO2基片上提拉15次形成厚度8 μm掺摩尔比0.01 Er3+的面心立方结构γ-Al2O3薄膜具有明显(110)择优取向,掺摩尔比0.01 Er3+对γ-Al2O3的晶体结构和结晶生长过程未产生显著影响。薄膜具有均匀多孔结构,平均粒径为30～100 nm,平均孔径为50～100 nm,表面起伏度为10～20 nm。掺摩尔比0.01 Er3+∶γ-Al2O3薄膜,获得了中心波长为1.534 μm(半峰全宽为36 nm)的光致发光谱。

高精度辐射定标技术是现代空间遥感的主要支撑技术之一。基于滤光片辐射计的新型光辐射标准探测器在野外、机载和星上高精度辐射定标中具有广阔的应用前景。温度特性是工程应用中影响标准探测器绝对精度和稳定性的一项关键因素。在20～60 ℃的宽温度范围内,对基于硅陷阱探测器的滤光片辐射计温度特性进行了系统测试和定量研究,在所获取的完备的实验数据基础上设计并研制了一套精密温控系统。实验结果显示在加入精密温控后,滤光片辐射计的温度系数降低了约一个数量级,从而有利于在不同温度工作平台上保持标准探测器的高精度。

傅里叶相位是光学综合孔径成像的重要信息,观测目标的傅里叶相位包含于干涉条纹中。从像平面干涉条纹形成原理出发,推导出大气扰动、星光方向与基线方向不垂直和望远镜系统机械误差等因素是影响干涉条纹初始相位的主要因素。利用条纹原点值和峰值位移从条纹中提取初始相位,采用闭合相位法从条纹初始相位中去除其它因素的影响,从而最终获取目标傅里叶相位;结合计算机模拟对噪声给条纹峰值位置的影响进行分析,模拟结果表明在频域中对条纹能量谱进行阈值处理有较好的去噪效果。最后结合目标重构迭代法阐述了闭合相位在像重构中的作用。

动态光学是研究光学系统及元件动态成像特性的一门学科。稳像系统是动态光学系统的重要组成部分。稳像系统是为了维持图像的稳定、清晰,要求光学组元件按规定的要求做相对运动,从而实现图像的最终稳定、清晰。空间遥感成像的分析对于遥感器的运用至关重要。基于稳像理论――动态光学理论,进行了空间遥感器的成像面像移分析,分析结果与采用齐次坐标变换方法所得结论一致,不但证明通过齐次坐标变换方法得出的结果是正确的,而且说明采用动态光学的稳像理论解决以上问题物理概念更清楚,计算简便。同时对于类似的运动光学系统,稳像理论也具有很好的适用性。

论述了自混合干涉技术的发展历程,并引入了自混合干涉显微技术的实验原理和研究近展;建立了He-Ne激光自混合干涉实验装置系统,获得了稳定的激光功率输出。然后,对基于激光自混合干涉技术的显微镜进行了研究,并详细给出了该系统的设计原理、装调方法和实验结果,得到了玻璃小球的三维形体信息图像。系统达到的横向分辨力1 μm,纵向分辨力为15 nm。上述实验结果证明自混合显微镜在微小物体的高精度形貌成像方面有着很大的潜力。

电子束大扫描场偏转系统设计中,像差的确定是一个必须解决的实际问题。以SDS-3电子束曝光机的磁复合偏转系统为基础,以双通道扫描原理进行扫描,分析了像差与电子束主轨迹的关系。给出了可动物镜的条件,并利用这一条件分析电子束最佳轨迹的结构和方法。并使用计算机辅助设计研究电子束曝光机聚焦偏转系统的结构。由该电子束曝光机试验结果表明,复合系统结构简单紧凑,像差小而可以不用动态校正。采用矢量描写电子轨迹,以积分式表示像差。以0.005 rad半张角,5×10-5的高压纹波,50 mm的像距,10 mm×10 mm扫描场的边脚处,使动态校正前的总像差为0.03 μm。

提出一种数学模型描述成像系统的稳定程度。通过分析证明

用带尾纤输出的激光二极管作为抽运源,采用端面抽运10% Yb3+∶Y2O3多晶透明陶瓷的方式获得了连续激光输出。抽运阈值功率为5.6 W,当陶瓷介质吸收的抽运功率为31.11 W时,Yb3+∶Y2O3多晶透明陶瓷获得了最大连续激光输出功率5.48W,光光转换效率为17.6%,斜率效率为25%。同时在激光实验过程中,没有发现饱和现象,因此采用更高功率的激光二极管作为抽运源,陶瓷的激光输出功率会得到进一步提高。这一研究成果表明,多晶透明陶瓷是一种非常有潜力的激光增益介质。