用热蒸发和磁控溅射的物理镀膜方法和溶胶凝胶化学涂布的方法相结合制备了有机和无机复合纳米光学变色薄膜。光学变色薄膜为多层薄膜,当有自然光进入光学变色薄膜时,随着入射光和视角的变化在薄膜上可以看到明显的光变色效果。这种薄膜可以单独或与油墨组合作为一种新颖的防伪材料。根据多层复合膜光干涉原理经设计和计算确定薄膜为PET/Cr/介质/Al膜系结构。介质分别是有机高聚物和SiO2。SiO2是多孔纳米材料,用溶胶凝胶方法制备,通过调节催化和凝胶的方式和条件,折射率在 1.15～1.45 之间。介绍了制作方法和薄膜特性。

采用ZYGO MarkⅢ-GPI数字波面干涉仪对电子束蒸发方法制备的ZrO2薄膜中的残余应力进行了研究,讨论了沉积温度、沉积速率等工艺参量对ZrO2薄膜残余应力的影响。实验结果表明

设计了两种适用于光波导高精度自动对接耦合的调芯方案,从原理上克服了常规调芯过程中微变信号精确测试的困难。完成了调芯系统的光机电一体化、控制程序和接口界面。单模光纤作为标准波导的端面耦合自动调芯试验显示,平均耦合损耗分别为0.075 dB (1310 nm波长)和0.062 dB (1550 nm波长),相应的标准误差分别为0.0099 dB和0.0066 dB,调芯过程在2 min内完成。单模光纤单模波导单模光纤的对接耦合实验结果表明, 端面耦合损耗平均值分别为0.140 dB(1310 nm波长)和0.109 dB(1550 nm波长),标准误差分别为0.0082 dB和0.0107 dB,调芯时间累计不超过8 min。

研究了偏振模色散的统计特性,在不同模式耦合条件下,应用蒙特卡罗方法模拟偏振模色散矢量的几率分布,并对模拟结果进行了函数拟合。发现随着耦合次数增加差分群时延的几率分布从一个类似δ函数分布逐渐过渡到麦克斯韦分布;在一定的耦合下,几率分布可以呈现高斯分布。对偏振模矢量的两个方向余弦进行统计分析,发现随着耦合次数的增加,偏振模矢量的两个方向余弦函数的分布从高斯分布和δ函数分布都变为均匀分布。

应用变分法,研究了微扰对类明孤子在光纤中非线性传输特性的影响,导出了类明孤子脉冲参量演化的动力学方程。它统一了在单模光纤、色散缓变光纤或色散控制光纤中类明孤子脉冲参量演化的动力学方程。在此基础上,计算了色散缓变光纤中的线性高阶色散微扰。结果表明

交叉波导是集成光学中的一种重要的器件单元,针对大角度交叉波导的结构及折射率分布,运用基于广义道格拉斯算子的宽角多步有限差分光束传播法模拟大角度交叉波导的传输特性,数值计算出波导中的光场的分布。与Crank-Nicholson格式的有限差分光束传播法相比,该算法在几乎不增加计算时间和计算机内存资源的情况下,结合了广义道格拉斯格式的有限差分光束传播法截断误差小[只有o(Δx)4]和宽角多步法所具有较高精度的优点,是光波导器件理想的数值模拟工具。在此基础上计算分析了大角度交叉波导的输出分支波导的能量与交叉角度的关系,以及交叉角度对波导间能量耦合的影响。这为实际的设计制作光器件的工作提供了极好的基础。

数字投影显示已成为现代数字显示领域的主流,阵列像素器件投影成像的的精确会聚,直接决定了显示的效果。阵列像素器件的自动对焦,是实现生产自动化的关键技术。以CCD(电荷耦合器件)采集阵列像素器件的局部投影图像为基础,试验和分析了梯度算子、拉普拉斯算子、Sobel算子、Prewitt算子、方差函数和熵函数评价方法在阵列像素器件大屏幕投影显示系统中自动对焦的作用及性能。实验表明,方差算子具有良好的稳定性和对噪声的不敏感性,调节效果较好,可以作为这一特殊系统中的评价方法。

利用全息理论、傅里叶频谱分析和采样定理,在模拟和数字全息光栅实验基础上,分析了数字全息记录和再现中的一些基本问题。结果表明

基于六温度模型速率方程理论,建立了系统计算光栅调谐TEA CO2激光器动力学特性的理论模型。利用该模型举例计算了光栅调谐TEA CO2激光器的各种输出特性。计算中,激光器的增益体积为0.9 L,闪耀光栅的光栅常数为120 line/mm,闪耀角为30°,激光混合气体气压为61??3 kPa,温度为300 K,采用光栅零级作为耦合输出。计算给出了如下结果

用磷酸氧钛钾(KTP)作为倍频晶体,对Nd∶YAG声光调Q激光的环形腔外腔倍频技术进行了实验和理论的研究,利用最大平均功率50 W、声光调Q、输出频率1005 Hz、灯抽运Nd∶YAG激光器做为基频光光源,在基频输入功率35 W时,获得了大约为31.4％的光光转换效率的绿光输出。从实验结果分析了环形腔倍频的特性,指出了该方法的优缺点。从光束质量和聚焦光斑直径方面,对基频光和二次谐波进行了比较,提供了利用CCD测得光斑的部分图片,分析了环形腔倍频的工作原理,解决了困扰倍频技术的转换效率问题和光束质量问题。

提出了将饱和吸收Cr4+∶YAG晶体被动调Q开关同时作为布儒斯特片在三镜V型折叠谐振腔中起像散补偿作用的腔内倍频设计方案。在连续激光二极管端面抽运情况下,给出了V型谐振腔结构光束束腰半径和位置、像散补偿Cr4+∶YAG晶体的厚度和谐振腔折光角度的设计方法以及计算公式。采用周期极化铌酸锂晶体作为倍频元件,由于谐振腔内的基波和谐波具有相同的偏振方向,避免了腔内双折射引起的绿光噪声问题,得到了输出稳定的序列脉冲。在连续抽运功率为500 mW时,得到了平均功率42.7 mW的脉冲绿光输出。

分析了束变换环孔激光谐振腔的特点和优势,给出了这种复杂激光谐振腔的设计原理。对采用该方法设计的激光谐振腔空腔模式进行了计算和分析,并使用自行编写的三维光线追迹程序对这种腔的稳定性也进行了研究,结果表明这种谐振腔输出光场分布合理,相位均匀,远场分布接近衍射极限,并且这种腔对于扰动在一定范围内具有抑制能力,是一种研究价值很高的非稳腔。此外针对该腔提出的设计及模式计算方法对其他复杂腔型也具有一定的参考价值。

在半导体抽运的全固态激光器中,激光晶体上的热畸变限制了激光器在大功率下输出时保持高光束质量的能力。板条结构的固体激光器具有优异的散热能力,再配合部分端面抽运以及稳非稳柱面混合腔的使用,使大功率高光束质量的激光输出成为可能。在德国EdgeWave GmbH进行的对这一技术的合作研究中,利用不到100 mm的腔长,在Nd∶YVO4板条激光器上获得了110 W近衍射极限的1.06 μm连续激光输出,这时在非稳腔方向上的光束传播因子M2为1.3,在稳腔方向上为1.5。通过对输出激光进行空间滤波切除腔镜造成的衍射旁瓣后,50 W输出时M2的典型值在非稳腔和稳腔方向上分别为1.09和1.2。

报道了一种新型的相位共轭腔――对撞型钇铝石榴石受激布里渊散射相位共轭激光腔,实验结果发现该腔具有较低的启动阈值和100 mJ以上的输出能量,它能输出稳定的20 ns左右的自调Q脉冲,发散角为1??3 mrad。在一定范围内,抽运电压越高,输出脉宽越窄;相位共轭腔越长,输出脉宽越宽;聚焦透镜对输出脉宽也有影响,焦距越短,脉宽越窄;焦距与介质池相对长点,输出能量相对高,远场发散角相对小些。实验给出了不同条件下的输出能量、脉冲宽度和光束发散角的情况。

根据三波耦合过程中的能量和动量守恒、晶体的塞耳迈耶尔色散方程,通过数值模拟计算了213 nm作CLBO光学参变振荡抽运源时,分别得到了在Ⅰ类和Ⅱ类相位匹配时参量光调谐范围为237～289 nm、807～2793 nm和404～2800 nm。获得了在I类匹配时的单谐振或双谐振腔的CLBO光学参变振荡转换效率都大于同等条件下的BBO光学参变振荡,Ⅱ类匹配时,CLBO晶体的转换效率略小于BBO晶体,但是CLBO光学参变振荡转换效率的最大值较BBO光学参变振荡出现于更短的紫外波段。从理论上证明了CLBO晶体是优质的深紫外透光波段非线性光学晶体。

提出一种测量晶体光损伤阈值的新方法,即确定激光横向功率密度的空间分布,利用晶体的激光损伤斑点半径,直接计算出晶体光损伤阈值,并给出入射激光为高斯光束时晶体损伤阈值与其损斑半径的关系。以提拉法生长的掺镁铌酸锂(MgO∶LiNbO3)晶体为研究对象,用该方法测量其损伤阈值,得到了定量结果且所得数据与文献已报道的规律相符。分析得出同样激光条件下,损斑半径越大的晶体其光损伤阈值越小的结论,指出该方法同样适用于其他晶体或非高斯光束条件下光损伤阈值的测量并对具体作法进行了讨论。该测量方法弥补了常用测量方法只能定性或半定量的不足,可用于晶体抗光损伤阈值的精确测量。

对光折变有机聚合物中的双色光空间孤子进行了理论分析,证明双色信号光的两个频率成分相互作用可以在折射率改变为正的光折变有机聚合物中形成暗暗和亮暗空间孤子,在折射率改变为负的光折变有机聚合物中形成亮亮和亮暗空间孤子。与单色光孤子的情况不同,对于双色光孤子情况,通过与一形成暗孤子的频率成分相互作用,另一频率成分在折射率改变为正的有机聚合物中也可形成亮孤子;通过与一形成亮孤子的频率成分相互作用,另一频率成分在折射率改变为负的材料中也可形成暗孤子。

在10 Gb/s,尤其是40 Gb/s以上高速光纤通信系统中,光纤的偏振特性已成为限制系统传输距离的主要因素之一。光纤的偏振效应主要包括偏振模色散和偏振依赖损耗。而脉冲均方根展宽是判断信号传输性能的一个主要物理量。本文讨论了光纤线路偏振模色散与偏振相关损耗的相互作用及对信号脉宽的影响。给出了线路偏振模色散矢量和偏振相关损耗矢量之间的关系式,并基于严格的数学方法,导出了在光纤偏振模色散和偏振相关损耗共同作用下的信号均方根脉宽变化的解析形式,同时考虑了光纤色散,啁啾等。该模型可用于分析高阶偏振模色散和偏振相关损耗,任意线性光纤通信系统脉冲展宽分析。

基于双向抽运拉曼放大器的功率耦合方程,采用遗传算法和级链的全局收敛的Broyden方法,提出一种优化设计不同形式双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。通过对单光纤的分布式、具有不同增益要求的分立式以及不同周期的色散管理结构的分布式双向抽运拉曼放大器的设计表明

运用矩阵光学中变换矩阵的理论,并以重叠面积积分的方法为基础,推导出了普遍适用于计算光在光通信元器件中光耦合效率的理论公式,可通过设置边界条件计算单模光纤、扩束光纤、半导体激光二极管以及光波导等不同光学元器件之间的耦合效率。导出了计算单模光纤之间和单模光纤与扩束光纤之间存在横向偏移、轴向偏移时的耦合效率理论通用公式。阐述了扩束光纤的制作方法及光在扩束光纤中的传播,并根据所推导耦合效率理论公式计算结果与单模光纤间和单模光纤与扩束光纤间的耦合实验数据进行了比较。

采用两波耦合非同时读出实验装置,测量了掺铈钾钠铌酸锶钡(Ce∶KNSBN)晶体两波耦合过程中的信号光和抽运光非同时打开条件下两波耦合增益的时间变化规律,讨论了光扇的入射光强阈值及光扇效应对两波耦合动态过程的影响。结果表明

用磁控溅射法制备了GdFeCo/AlN/TbFeCo静磁耦合多层薄膜。振动样品磁强计和克尔磁滞回线测试装置的测试结果表明

从理论上详细计算了在全内反射的条件下,两束入射光产生的隐失干涉场(即隐失驻波)的强度分布,并分析了其不同于传统传播波干涉场的特点。同时使用数值模拟证明了利用隐失干涉场,即隐失驻波的激发方式,可以提高系统的分辨力,在横向实现超经典分辨的荧光成像。具体的分析表明,两束光以相等的角度入射,同时振幅相等,偏振态相同,所形成干涉条纹的反衬度最高,此时成像系统的有效点扩展函数最优化;入射介质1的折射率越大,隐失干涉场的空间周期越短(空间频率越高),其对应的调制点扩展函数中心瓣的半峰全宽越小,可能分辨更小的物体,但同时旁瓣的强度也增强,最终成像的分辨力受两者的共同制约。

基于基尔霍夫定律,利用钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的双波长、高精度光纤测温系统。依照测温系统中单个探测器的温度分辨力、R(T)～T曲线的线性度、R(T)～T曲线的温度灵敏度及其相对温度灵敏度与各主要技术参量之间的关系,对采用钽酸锂热释电探测器作光电转换器件实现的实用化实时测温系统的工作波长进行了优化设计。实验表明,在测温范围400～1300 ℃内,当系统工作在λ1=2.1 μm、λ2=2.3 μm时,其温度灵敏度高于1.0×10-4 ℃-1,相对温度灵敏度不低于0??9,测温精度不低于0??15%。均符合设计要求。

叉指电光布拉格衍射光栅能够用于制作集成光学器件。将点匹配法扩展应用于叉指电光布拉格衍射光栅分析,将光栅各区域的势函数表示为该区域中满足拉普拉斯方程的一系列基函数的级数,匹配边界上有限个点的边界条件以确定出级数项的系数,从而得到叉指电极电场分布的解析表达式,在此基础上得到了叉指电光布拉格衍射光栅的一些重要的光学与电学特性参量。将分析结果与测量值进行了对比,发现二者十分吻合。所提出的分析方法简便快捷,精度高,所导出的电场分布的解析表达式和分析结果对叉指电光衍射光栅的优化设计具有重要的意义。

利用锂喹啉配合物(8-hydroxy-quinolinato lithium,Liq)作电子注入层,制备了结构为氧化铟锡/锂喹啉配合物/铝{ITO(indium tin oxide)/TPD(N,N′-di-phenyl-N,N′-bis(3-methylphenyl)-1,1′biphenyl-4,4′diamine)/Alq3[tris-(8-hydroxy-quinolinato)aluminum]/Liq/Al}的电致发光器件。通过改变电子注入层Liq的厚度,考查了Liq厚度对器件电致发光效率及电流密度电压关系的影响。实验表明Liq厚度大约为0.5 nm左右时器件的性能最佳,电致发光效率约为没有Liq器件效率的5倍,而定电流下的工作电压最低,其原因可归于Liq在金属铝电极与有机层Alq3之间产生偶极层,使铝与有机层间的界面接近欧姆接触,从而使电子注入效率大幅提高;随着Liq厚度的增加,器件的电致发光效率降低,而定电流下的工作电压升高,与同类型以LiF作注入层的器件相比,这种器件性能受厚度影响而变化的趋势是类似的,但以Liq作注入层的器件具有较低的厚度敏感性,这是由于LiF为绝缘体,而Liq为半导体的缘故。Liq作注入层器件的这种对注入层厚度的不敏感性对批量生产中所用的大尺寸基底来说是非常有利的。

在沃拉斯顿棱镜作为剪切器件的传统剪切散斑干涉术中,由于错位的二物光束同光路传播,很难通过将它们分开来引入附加相位的方法实现相移。本文提出的偏转平台法是利用平台上物体的偏转来引入附加相位的,从而可以实现剪切电子散斑干涉的相移。理论分析证明,物体的偏转可以引入稳定、线性的附加相位,并给出了物体偏转角度与附加相位之间的关系式;利用周边固定、中心加载圆盘进行了典型实验,给出了实验结果,证明偏转平台相移技术能够有效地从干涉条纹中提取位移导数信息。

采用密度矩阵方程,对双光场耦合的分子Y型四能级系统的粒子数分布和吸收特性进行了计算和分析,在此能级系统中得到了双暗态共振和双电磁感应透明,并讨论了相应的物理机制。同时,我们讨论了Y型四能级两个上能级的自发辐射产生的量子干涉效应对电磁感应透明的影响,发现自发辐射干涉相消可以产生超窄线宽和导致探测光的吸收增强,自发辐射干涉相长可以展宽谱线和减弱探测光的吸收,并运用缀饰态理论对以上计算结果进行分析,与采用密度矩阵方程的计算结果一致。

纠缠态在量子计算和量子信息中起着十分重要的作用。利用部分纠缠态作为资源提出了一种方案,根据该方案,能够以某些概率成功地复制出未知的EPR(Einstein-Podolsky-Rosen)态和它的正交态,使得通信双方都能够获得要传送的EPR态。方案的第一步是采用部分纠缠态作为量子信道去实现EPR态的隐形传态。根据量子不可克隆定理,输入态在发送方受到破坏。方案的第二步通过引入一个辅助量子位,发送者Alice在态的配制者Victor的帮助下,将以联合概率成功地获得未知EPR态和它的正交态。从而实现了量子态的重建。

X射线聚焦组合透镜是一种利用折射效应对X射线辐射聚焦的新型元件。针对X射线波段的特性,综合考虑折射和吸收效应得出组合透镜的衍射屏函数,并利用衍射理论推导出X射线组合透镜的设计理论。利用统计学理论中一阶、二阶原点矩表征像面处的光学性能,使设计更简洁。该理论方法可方便地推广到双凹折射单元情况。通过数值计算分析了像面处强度分布的二阶中心矩以及焦点处辐射强度随组合透镜结构参量的变化关系,给出了一种铝基X射线组合透镜的结构参量设计结果。对于设计的组合透镜结构参量,计算了当X射线辐射能量分别为0.93 keV, 9.89 keV和29.78 keV时,X射线辐射经过组合透镜后的焦点强度分布。