对宽带飞秒脉冲双折射干涉滤波进行了理论和实验研究。首先给出了一种新型的双折射干涉滤波器的原理和设计,得到了输出滤波光谱强度分布的解析表达式。然后进行了15 fs宽带脉冲的干涉滤波的实验研究,实验得到了一组性能良好的透射和反射输出的干涉滤波谱图,实验测量与理论计算基本一致。同时还分析了群速失配以及色散对宽带飞秒脉冲双折射干涉滤波的影响。结果表明这种滤波器对宽带飞秒脉冲有很好的干涉滤波作用,能同时前向透射和侧向反射干涉滤波输出,且无插入功率损耗,可以用来获得波长稳定的多波长可调谐超短脉冲光源。对于飞秒脉冲干涉滤波器的设计和应用具有重要的参考价值。

用庞加莱球法测量单模光纤中的二阶偏振模色散,并对二阶偏振模色散的各个分量的统计特性及其影响进行了分析。对75 km的G.652普通单模光纤的二阶偏振模色散进行了测量,并对二阶偏振模色散的平行分量、垂直分量、偏振相关色散和消偏振项进行了详细的分析,得到了二阶偏振模色散随波长的分布情况、统计特性以及偏振主态随波长的变化情况。从统计结果可以得到,与偏振相关色散项相比,消偏振项在二阶偏振模色散中起主要作用。该研究对二阶偏振模色散的补偿有一定的指导意义。

照明系统是液晶投影仪的重要组成部分,它将直接影响到投影仪的光能利用率以及色彩等系统性能。对于复眼照明系统,复眼透镜的良好设计可以大大提高系统的能量利用率。在对液晶投影照明系统的原理进行分析的基础上,提出了两种复眼透镜的设计方案。两种方案均采用矩形子复眼,便于设计和加工。通过对复眼透镜中每个子复眼进行偏心以及改变其形状大小来提高系统能量利用率。计算机模拟结果表明,两种设计方案与传统设计相比,在光能利用率上分别提高了16.5%和26.3 %,并且具有较高的均匀性。最后,还对两种复眼透镜的设计方案进行了分析和比较。

影响大气湍流运动强弱和时空结构的因子比较复杂,大气中平均流场和大气温度的分布都是不均匀的,特别是沿垂直方向的大气温度分布,决定着垂直方向的热力不稳定性和湍流的强弱。观测事实表明,随着季节和天气条件的不同,大气温度垂直分布有很大的变化。通过对我国安徽合肥地区整层(0～20 km)大气温度的观测资料的分析,得到了大气温度的垂直分布廓线和统计特性模式误差廓线;大气折射率结构常数C2n是表示大气光学湍流强度的一个重要参量,但大气折射率的测量较为困难,因此通常先测量温度起伏量,再用平均的温度和气压来计算得到C2n。通过对温度和气压模式误差的分析,可以计算得到C2n结果的误差,重点分析大气温度分布特性及由此带来的模式误差,并讨论其对计算C2n的影响。

介绍了用于探测对流层大气臭氧的L625差分吸收激光雷达系统,叙述了该激光雷达的结构、探测大气臭氧的原理和数据处理方法。利用波长对289～299 nm和289～308 nm对合肥上空中、上部对流层的臭氧进行了对比测量。测量结果表明,这两对波长的测量结果差别约在10%左右。分析了289～308 nm波长对测量臭氧的结果和误差。10 km以下,289～308 nm波长对测量的对流层臭氧统计误差绝对值一般小于2×1011 molecules/cm3,忽略气溶胶影响引起的相对系统误差一般小于4%。给出和分析了合肥地区对流层5～15 km臭氧柱含量的季节变化特征,柱含量最大的月份一般出现在第二季度,柱含量最小的月份一般出现在第三季度。

探测大气中污染气体的浓度是激光雷达的一个重要应用方面,最小可探测浓度是衡量一个雷达系统的重要指标。从测量的误差理论出发、分析得出了一般情况下,被测量最小值的估算方法

分布式光纤传感器能够测量沿光纤长度上连续分布的外界量。用保偏光纤作为传感光纤的分布式光纤传感器,被测外界量引起保偏光纤中传播的两正交偏振模的相互耦合。用迈克尔逊干涉仪两臂光程差来补偿两个偏振模的光程差的方法探测传感信号。为了设计白光干涉偏振模耦合分布式传感器,根据统计光学原理分析了传感器的互相干特性。在此基础上分析了传感器的空间分辨力、光纤耦合点分辨力、最大传感光纤长度。波长1310 nm、谱宽36 nm的超辐射发光二极管(SLD)作光源,用色散参量为600 ps/km,拍长3 mm的保偏光纤的分布传感器空间分辨力和光纤耦合点分辨力分别为6 cm和3 mm。

在单模光纤中,输入的激光功率大于阈值时,出现放大的反斯托克斯拉曼背向自发散射现象。实验发现

在相位测量轮廓术(PMP)中,随机相移误差是导致测量误差的重要因素,提出一种新的随机相移误差的校正算法,在五步相移的基础上不需要求解相位分布,通过近似处理可以直接求解相移过程中存在的随机相移误差,在保证精度的情况下,能大大减少迭代次数和计算量。推导了新算法的计算公式,详细说明了随机相移误差的求解过程。计算机模拟和实验证实了新的算法的有效性。与In-bok Kong的算法相比较,新算法能大大减少迭代次数和计算量。该新算法也同样适用于相移干涉计量。

将菲涅耳波带板扫描全息术用于高散射介质成像技术中。 对于编码函数非负给物体的再现像带来的背景噪音,提出采用构造复合全息图的方法来消除。 在实验中运用该方法得到了信噪比和衬比度较好的物体的再现像。 计算并测试了系统的点扩展函数,实验结果与理论计算结果相吻合,其结果都接近于二维的δ函数。 用菲涅耳波带板扫描全息成像系统进行了成像实验,得到了嵌埋在浓度为1%、深度为1.7 cm的脂肪乳剂中的吸收体清晰的再现像,吸收体为直径0.4 mm的金属丝和内径为6.0 mm的金属环,另外,也得到了直径为2.5 mm的黑塑料球的再现像。

基于光学信息处理的多维数据加/解密方法作为一种新的“非数学”数据加密技术,因其具有实时的数据传递速度、密级高、密钥设计灵活且自由度大等优点,已成为研究的又一热点。在虚拟光学信息隐藏理论模型的基础上,使用数字信号处理器芯片的并行策略实现了一种具有多重锁、多重密钥的高密级多媒体信息隐藏系统。对系统性能的评估结果表明,该系统可以实时完成对多种数字媒体信息的加/解密,且系统性能优良。这在一定程度上弥补了虚拟光学多维数据隐藏技术所丧失的信息光学固有的并行处理能力。系统的实现为虚拟光学加密方法在现实信息加密中的应用开辟了一条有效的途径。

双目立体视觉是光学被动三维测量的主要方法。为了快速、准确地寻找对应点,通常要将立体图像对进行校正,消除垂直视差。提出了一种无需标定相机的立体图像对校正方法。该方法从基本矩阵计算初始透视投影、旋转和竖直平移变换矩阵,然后以对应点坐标为基础对这些变换矩阵进行优化计算,从而有效地避免了优化计算的局部最小值,而且不过分依赖基本矩阵的计算精度。通过对提出的方法和完全基于基本矩阵的图像校正方法以及无需基本矩阵计算的图像校正方法进行实验比较,结果表明提出的方法图像校正速度快,能有效地消除垂直视差,而产生的图像变形较小。

依据四能级系统速率方程,推导出了多横模振荡固体激光器输出与输入参量的关系。对二极管抽运固体激光器中线阵激光二极管三向对称侧面抽运结构,计算了抽运光强分布,并就激光器的阈值抽运功率、近阈值条件下的斜率效率、输出功率和光束质量等与抽运参量的关系,进行了数值计算。由计算结果看出,线阵激光二极管侧面抽运Nd∶YAG激光器中晶体半径和抽运光束腰半径是影响输出激光功率和光束质量的主要因素,并通过在谐振腔中加小孔选模,使光束质量得到明显改善。选择了一组三向侧面抽运结构参量进行了实验验证,实验结果与理论计算一致。

部分端面抽运混合腔板条激光器可以在紧凑的空间内实现大功率高光束质量的激光输出。利用这一技术并结合具有增益高、荧光寿命短等特点的Nd∶YVO4晶体,配合新型高重复率的电光Q开关,易于实现高频窄脉冲高光束质量的激光输出。在德国EdgeWave GmbH进行了混合腔电光调Q激光器的合作研究中,实现了高重复率近衍射极限的输出;在以5 kHz的高重复率运转时,获得了单脉冲能量7.2 mJ,脉宽5.7 ns,平均功率约36 W的脉冲;当重复率高达50 kHz时,输出的激光脉冲的参量是单脉冲能量1.6 mJ,脉宽9.5 ns,平均功率超过80 W。实验所测的光束质量因子M2小于2。

在理论上数值计算了各种常量对色散不对称非线性光纤环形镜透射特性的影响,并分析了它作为被动锁模器件用于光纤激光器压窄脉冲的物理机制。利用8字形主被动混合锁模的结构在调制频率为9.998748700 GHz,波长为1566.65 nm处获得了11 ps的稳定锁模脉冲输出,对应谱宽0.297 nm,同时在重复频率为9.995792825 GHz和9.996778256 GHz时分别得到了振幅均匀的二阶和三阶谐波锁模输出。证明色散不对称非线性光纤环形镜可以有效消减脉冲的尾翼和噪声,得到脉幅稳定的脉冲序列。

对光梳状滤波器加薄膜滤光片型模块制作密集波分复用器(DWDM)的两种应用方案进行了研究,提出了一种提高插损一致性、信道隔离度及减小串扰的结构方案。对新结构方案与常规结构方案进行了理论分析及实验研究,结果表明新结构可将级联次级峰由大于-30 dB降至-50 dB以下。用16波50 GHz的密集波分复用器件拼接进行的实验表明最终器件的插损减小0.869 dB,插损一致性减小2.005 dB,相邻信道隔离度提高1.004 dB,非相邻信道隔离度提高42.903 dB,总串扰提高1.68 dB。该方案不仅可以应用到光梳状滤波器与薄膜滤光片型模块拼接高性能的超密集波分复用器件,同样也可适用于阵列波导光栅等类型的密集波分复用器件中以降低工艺难度,提高性能指标。

塑料光纤的微分模延迟数据对研究塑料光纤的色散特性具有非常重要的意义。采用频域相移法测量了不同长度的两种折射率分布塑料光纤

提出了一种高速光探测器封装优化设计的新方法。首先用矢量网络分析仪对封装寄生参量和探测器芯片进行准确测量,研究了探测芯片的本征参量与封装寄生参量之间的谐振现象,然后合理利用这种谐振效应对芯片的频率响应特性进行有效补偿。理论分析和实验结果都证明优化封装后器件的频率响应带宽超过了芯片的响应带宽。该方法不需要另加其它元件,而仅仅利用光电器件封装过程中必不可少的金丝所带来的寄生电感,就达到了改善器件频率响应特性的目的。

随着光纤技术的飞速发展和应用,光纤无源器件顺应当前形势也获得很大的发展空间,其中光纤熔锥器件具有制作简单、性能可靠、价格便宜及技术指标优越等优点,从而广受青睐。在熔锥器件中,光纤耦合器是广为应用的基础元器件。目前为实现全光通信,光纤超平坦宽带耦合器则成为热点课题。利用特殊相位补偿工艺方法,研制出单模光纤超平坦宽带耦合器,其工作波长范围为1250～1650 nm,3 dB带内最大插损偏差小于等于0.4 dB,带内最大附加损耗小于等于0.1 dB,方向性(输入侧非注人光的一端的输出光功率与注人光功率的比值)大于等于66.5 dB,偏振相关性小于等于0.1 dB。研制方法有很高的成品率,可批量生产。

亚波长光栅因光栅参量的不同而具有不同的衍射特性,通过对亚波长光栅参量的合理设计来实现消偏振窄带滤波是一种新的方法与途径。首先分析了基于共振异常的窄带滤波的物理机制及存在条件,讨论了二维亚波长光栅实现消偏振窄带滤波的可能性。然后,利用严格模式理论进行了计算模拟,其计算结果与导波理论所得结果基本吻合,其衍射特性表现出周期性共振异常?p敏感的角度依赖性和波长依赖性。最后,讨论了由工艺误差对滤波特性所带来的影响,为具体工艺制作提供了一定的指导。

制备了掺Er3+的TeO2-WO3-ZnO-ZnF2(TWZOF)玻璃,测量了Er3+在玻璃中的吸收光谱和970 nm激光二极管激发下的荧光光谱和荧光寿命,分别采用J-O理论和McCumber理论计算了Er3+离子的J-O强度参量Ωt (t=2,4,6)和其1.5 μm发射的吸收截面和发射截面,研究了其荧光强度、荧光寿命和发射带宽与ZnF2含量的关系。结果表明,Er3+在TWZOF玻璃中具有较大的1.5 μm发射截面,其峰值发射截面为0.86 pm2;同时,Er3+在TWZOF玻璃中具有很大的1.5 μm发射带宽,所得半峰全宽在68～83 nm之间;Er3+在TWZOF玻璃中还具有较小的Ω2值和较大的Ω6值,且随ZnF2含量的增加,Ω2和Ω6均增大;Er3+离子1.5 μm发射峰值荧光强度和荧光寿命总体也随ZnF2含量的增加而增加。

用高温熔融法制备了Er3+单掺和Er3+/Yb3+ 双掺铋硼酸盐玻璃样品,测量了上述玻璃样品的吸收光谱,荧光光谱,荧光寿命以及红外透过率。对高浓度掺杂Er3+的铋硼酸盐玻璃中的浓度猝灭现象作出了解释。分析了Er3+/Yb3+ 双掺铋硼酸盐玻璃样品中Yb3+离子对Er3+离子的敏化过程。研究发现 Er3+/Yb3+双掺铋硼酸盐玻璃在1.5～1.6 μm波段有宽达81 nm的荧光半峰全宽。实验还发现在熔制过程中通入氧气对其荧光寿命和红外透过率都有明显的提高。由于该玻璃材料表现出较好的物化性能。因此该材料可望成为宽带光纤放大器的适宜的基质材料。

单重态氧发生器是氧碘化学激光器的核心部件,O2(1Δ)和水汽的粒子数密度(绝对浓度)是单重态氧发生器的两个重要参量,其中O2(1Δ)是氧碘化学激光器的能源,而水汽对氧碘化学激光器的发光介质―I*有强烈的淬灭作用。如何简单准确地测量这两个参量,一直是氧碘化学激光器研究中的一个难题。利用体光源模拟标定法,得到了O2(1Δ)和水汽的绝对浓度,并且成功地用一套实验装置对射流式单重态氧发生器的上述两个参量进行了实时测量,得到了两个参量的变化曲线,同时还提供了O2(1Δ)的产率以及水汽体积浓度等参量的变化曲线,通过大量实验结果,给出了各参量的变化规律,为射流式单重态氧发生器研究提供了有力的参考依据。

随着制造技术的快速发展,三维光学测量技术也得到迅速的发展,利用双目CCD(电耦合插件)摄像机记录的光栅投影测量技术是一种新型的光学测量方法。在该方法的测量过程中,通过测量相位值取得测量空间。为了获得连续的高精度测量相位值,提出一种结合了格雷(Gray)编码并能够优化相位精度的相移方法,该方法通过投影相位传递函数来优化测量相位值。为了消除光栅投影图像中非正弦、周期变化和其他干扰因素的影响,给出投影光栅一种新的光强函数,利用这个光强函数能够进一步提高投影光栅测量相位精度。最终,通过插值测量相位精度能达到亚像素级。

首先利用部分相干光理论详细地分析了在部分相干光照明下光栅的菲涅耳衍射,给出了观察面上衍射光强分布的一般公式,并就光源的发光面积对光栅塔尔博特效应的影响进行了讨论,得到了光栅衍射光强的分布随着照明光源的发光尺寸的增加而逐渐变得平滑这一结论,并且,当光源发光尺寸增加到毫米量级时,光栅的塔尔博特效应将完全消失。在实验上对不同发光尺寸的扩展非相干光源照明光栅时的菲涅耳衍射光强进行了测量,实验结果与理论分析得出的结论相符合。

复散射效应在光散射颗粒测量中不仅重要,且尚未得到很好解决。采用蒙特卡罗方法,对不同的光波长,颗粒浓度以及收接器条件下的光复散射进行了数值模拟,数值算法程序经与四通量模型进行对比验证,数值结果与单散射条件的郎伯比尔模型进行比较,进而讨论了复散射效应对消光法颗粒粒径测量影响。表明复散射对消光法颗粒测量的影响不仅取决于颗粒系自身的浓度,而且接收器的几何尺寸和接收位置起着非常重要的作用,减小颗粒介质层厚度和减小光接收器接收面积,增大接收距离以及减小接收角都能减小复散射效应对消光法粒径测量的影响。

采用三点哈巴德模型及弗洛盖定理,研究了交变电场驱动下线形三量子点分子中双电子的动力学行为。由于系统哈密顿量中不包含自旋反转项,所以系统单态和三重态子空间是完全解耦的,可以分开进行讨论。研究表明,自旋三重态九维子空间还可以进一步分解成三个不相耦合的子空间,在每一个子空间中,动力学行为与交变电场驱动的双量子点中双电子的动力学行为相似。对自旋单态6维子空间,数值计算还表明,在合适的外加交变电场驱动下,电子在量子点之间的隧穿被抑制,初始局域在一个量子点中的两个电子能够在一定时间内保持其局域状态。

本文在含时量子系统传播子的ABCD形式理论的基础上,进一步讨论原子激光这种品质因子不守恒系统的传输。利用准连续的原子激光在传输过程中所满足薛定谔方程,并引入某一方向的束宽、发散角、曲率半径和品质因子等光束传输参量来表征横向势能满足x和y分量相互独立的原子激光的传输。如果某一方向上品质因子也守恒,就可以通过解析不同过程品质因子守恒的充要方程,找到原子激光在各过程中ABCD形式的传播子。本文讨论原子激光在从玻色爱因斯坦凝聚体(BEC)中穿出过程,在磁化捕获器打开情况下的传输,以及在自由空间的传输这三个满足横向势能可分且各横向品质因子守恒条件的过程中ABCD形式的传播子。本文还将所运用的方法和所得结果与Yann等人的方法和结果进行了比较。

通过外腔二极管激光器测量了甲烷位于1637.64～1637.85 nm(真空中)的2ν3带R9支的直接吸收谱,通过Voigt拟合计算出了每条线的吸收线强度,并与Margolis用傅里叶变换红外光谱仪测得的实验结果进行了比较,同时分析了偏差及产生的原因。实验和计算得出,在测得的八条吸收线中,最大偏差为3.9％,最小偏差为0.02％,除了线3和线4有较大偏差外,其他结果都在实验误差范围之内。所获得的数据可应用于光学遥测甲烷气体浓度。提供的方法也可应用到CO,CO2,NH3等其他气体的吸收线强度的测量中。

报道了高电荷态离子126Xeq+(6≤q≤30)入射到固体Al表面产生的200～1000 nm波段的发射光谱的实验结果。实验表明,在弱束流(nA量级)高电荷态的情况下,通过入射离子与固体靶的相互作用可有效地产生原子和离子的复杂组态间跃迁所形成的可见光波段的特征谱线,而且当入射离子的电荷剥离数超过一临界值后(对Al,q=26),谱线相对强度突然显著增强。根据经典过垒模型COB(The classic over-barrier model),在入射离子的动能较小(～1 keV/u)的条件下,高电荷态离子与表面相互作用过程中电子的俘获或转移起着非常重要的作用,通过提高入射离子的电荷态可增强入射离子俘获电子的能力,显著增强激发粒子的光谱线的强度。

以皮秒Nd∶YAG激光器抽运光学参变发生/放大器做激发源,得到了NO分子在490～580 nm波长范围内通过C2Π态共振增强的多光子离化谱,离化谱由有规则的谱线序列组成。将理论计算的峰值位置与实验结果进行比较,确定了离化通道为