利用自适应光学技术,研制了两套活体人眼视网膜高分辨力成像系统,在实时校正人眼波前误差的基础上,实现活体人眼视网膜细胞尺度的高分辨力成像。这两套系统分别采用19和37单元小型压电变形反射镜作为波前校正元件,哈特曼夏克(Hartmann-Shack)波前传感器测量波前误差,用眼底反射的半导体激光作为波前探测的信标。在用计算机控制自适应光学系统实现人眼波前误差校正后,触发闪光灯照明视网膜,用CCD相机记录视网膜的高分辨力图像。校正后的残余波前误差的均方根值已分别小于1/6和1/10波长,相当于视网膜上成像分辨力分别为3.4 μm和2.6 μm,接近衍射极限。试验表明37单元系统的成像质量更好。

为了克服传统层去反求测量中图像衬比度较低的缺陷,提出一种新的基于棱镜反射原理的层去反求图像摄取方法。该方法利用棱镜的全发射和折射作用提高图像衬比度,根据物体反射率的高低可分别采用垂直照明和倾斜照明,分别可获得高衬比度的亮目标暗背景和暗目标亮背景图像,为了校正由于折反射引入的几何变形,推出了相应的数学变换模型。该研究已成功投入实际产品校正的应用中,研究表明这种新的层去法比起传统的层去法不仅在于图像衬比度高,而且物体截面图像的轮廓更清晰可靠、无需填充反差材料,有望在零件及模型的反求测量中发挥较大的作用。

报道了新型电子转移复合物AgTCNQ脂类衍生物

铜蒸气激光反射镜在非正入射的时候,两个不同的偏振态之间会产生不同的相移。通过优化设计,在490～530 nm之间p、s波获得了90°的相移,同时也使反射率在99??998%以上。Ag层的厚度对于相移不敏感,并且当其厚度大于一定值的时候,对反射率没有影响。根据误差分析,制备薄膜时其沉积速率精度控制在±1%以下,在光谱范围内能达到±15??28°的相移误差,相移均在504 nm处附近存在有一个收敛值。折射率的变化控制在±1%以下,在光谱范围内能达到±12??77°的相移误差。最外一层厚度变化±1%,其相移变化达到±5??5°,2～5层和9～16层对相移的影响也在0.5°之上,其余各层对相移影响非常的小。使用时的入射角控制在±1°时,在光谱范围内能达到±2.86°的相移误差。在530 nm附近的波段对入射角不敏感。

阐述了利用非均匀膜系理论设计宽角度多层减反射薄膜的方法,从理论上分析了在宽角度的情况下,偏振光产生透过率不同的原因,选取了Ta2O5和SiO2两种材料作为折射率材料,选取BK7作为基底材料模拟设计了光谱区在600～700 nm波段、入射角为0°～80°之间的宽角度多层减反射薄膜,探索出了一条新型膜系设计的途径,其优化结果是较为理想的。这一研究方法如能在太阳能、光纤通信、航天、激光等领域应用,将大大地提高光能的利用率,具有重要的应用价值。

提出运用非线性规划及目标规划法,在给定斯特雷耳比S(超分辨模型和艾里模型主瓣最大亮度比)的条件下,设计出使成像系统的横向、轴向及三维分辨率分别达到最大值的环形振幅型超分辨光瞳滤波器。给出超分辨优化设计模型和实例,并作图验证其结果。对超分辨率伴随的旁瓣效应,把滤波器应用于共焦扫描系统,可有效地抑制旁瓣,提高成像信噪比和对比度。此方案用于三区以上振幅型超分辨滤波器及环形纯相位超分辨光瞳滤波器的设计,为超分辨滤波器的设计提供了参考。

利用非等温等离子体化学气相沉积成功制得了具有折射率中心下陷的负色散光纤(RDF)。该光纤在保持较好的抗弯曲性能与偏振模色散的同时,有效面积达到45 μm2,且在1550 nm处的色散为-19.65 ps/(nm?km),色散斜率为-0.132 ps/(nm2?km)。此外,通过优化光纤纤芯各层的掺杂原子浓度,在1530 nm处光纤的氢损降到了0.01 dB/km。由负色散光纤与具有超大有效面积的非零色散位移光纤(ULAF)组成的色散管理光纤对在1530 nm到1625 nm波长范围内的色散斜率小于0.006 ps/(nm2?km),且最大色散值小于0.2 ps/(nm?km)。同时,1550 nm波长处的衰耗为0.224 dB/km,且在1530 nm到1625 nm波段范围内衰耗较为平坦。该色散管理光纤对可以在无需色散补偿模块的前提下应用于大容量高速率的长距离波分复用(WDM)系统。

双折射光纤环形镜具有滤波特性,将两个串联的双折射环形镜作为光学滤波器可以改善滤波特性,使其更为灵活。提出了用两个双折射光纤环形镜相串联的简单方案改善环形镜滤波特性。分析了由双折射光纤和萨尼亚克环构成的环形滤波器的透射特性,并讨论了用两个双折射光纤环形镜串联的滤波特性。从理论上模拟了双折射光纤长度比为1∶2时的透射光谱形式,给出了透射光的表达式。串联后光谱中主峰的3 dB带宽约为7 nm,与单个环形镜相比,压缩了环形镜的3 dB带宽,品质因数Q约为4.5。实验结果与理论模拟相一致,因此证实了该理论的正确性。

基于遗传算法设计了斜边三角形光纤光栅(EFBG)的折射率调制函数;提出了光纤外径沿轴向变化、在拉应力下可获得可调谐的斜边三角形光纤光栅;计算分析了该器件多个物理参量对反射光谱的影响。在实验中,采用紫外激光扫描辐照方法,制备了短波边斜边带宽为0.7 nm、反射率为96％的斜边三角形光纤光栅;采用程序控制氢氟酸腐蚀方法获得外径从原始62.5 μm减小到45 μm、在85 mm长度内按设计要求变化的光纤光栅。对该光纤光栅施加从0到1.715 N变化的拉力时,其反射光谱短波边的斜边带宽从0.7 nm增加到2.3 nm,实现了一种带宽大范围可调的斜边光纤光栅。

基于超格子构造法,采用全矢量模型研究了具有中心缺陷孔的椭圆光子晶体光纤的传输特性,着重讨论了中心缺陷孔对光纤中基模的模场分布、双折射特性和色散特性的影响。研究表明

提出了一种新型反射型聚合物波导电压传感器理论,并且进行了实验研究。这种电压传感器采用棱镜波导耦合结构,在棱镜下底面依次镀有金属膜聚合物金属膜三层结构。通过两层金属膜对极化聚合物加电压,利用聚合物材料电光效应和导模共振吸收峰对聚合物折射率的敏感特性,通过反射光强的测量来确定作用电压的变化值。实验中的测试电压范围是从-140 V至+140 V,得到的线性度值为0??991,电压测量的分辨力为0??1 V,电压测量灵敏度系数为0??0011 V-1。实验表明这种电压传感器具有良好的线性和较高的灵敏度。

基于三维耦合波理论,研究了两束有限宽度的任意偏振平面波干涉产生的局域体全息光栅的衍射问题。以单位均匀振幅的任意偏振平面波为例,给出了透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的解析表达式,讨论了记录过程和再现过程中入射的参考光波的偏振角对透射波和衍射波振幅的影响。计算结果表明,记录过程中的偏振角越小,形成的光栅内的耦合越强,衍射效率越高,但光束质量越差;再现过程中不同的偏振角,由于入射波和衍射波的电矢量的不同方向的耦合强弱不同,透射波和衍射波振幅的主分量和交叉分量的振幅变化行为不同。

对以球面波作为参考光记录数字全息图的采样和再现分离条件进行了详细的分析。推导出了同时满足采样和再现分离条件时,CCD及物体的横向尺寸、物体及参考光源至CCD的距离之间需要满足的关系式,证明了完全散射物体上复振幅在记录面上的叠加可以等效为一个点光源在记录面上产生的效果,进行了相应的实验研究。结果表明

提出了基于一种新的小波具有紧支撑、正交性、伸缩矩阵为20

在实时全息干涉计量实验中,当试件负荷甚大时,干涉条纹中会出现一些阴影区,它们在试件破裂过程中起重要作用。当负荷接近试件断裂强度时,可清晰看到并记录下阴影区的延伸、分叉、扩展直至试件破裂的过程。这些阴影区实际上就是几何光学中的焦散线现象。应用此现象可以计算应力强度因子。介绍了在寻找全息干涉条纹与应力强度因子之间关系所作的研究,导出了干涉条纹最大值与应力强度因子之间的定量关系式。从而,为使用全息法与焦散线法相结合的检测方法提供了定量计算的基础。

计算机配色广泛应用于纺织印染、涂料油漆、塑料、建材等工业领域。计算机配色的基础理论是库贝尔卡芒克(Kubelka-Munk)函数与浓度的线性关系,但实际上,库贝尔卡芒克函数与浓度呈非线性关系,这限制了计算机配色在我国的广泛应用,为此,提出一种数学方法,建立一个线性染料数据库。全光谱配色方法是计算机配色的重要方法之一,但对物体而言,每个波长上同等光谱反射率的变化却显示出不同程度的颜色感知差异,在某些波长处,呈现较强的灵敏性,而在另外一些波长处有较大的惰性,因此,根据色度学理论,为全光谱配色提供每个波长处灵敏程度不同的色差型权重因子。同时,为色差权重因子提供线性染料数据库。结果证明,数据库的线性程度明显提高,使用色差权重因子配色的效果明显提高。

在散斑和半导体激光器的自混合干涉理论的基础上,提出了基于法布里珀罗腔的自混合散斑干涉模型,对粗糙表面产生的激光器内自混合散斑干涉效应(SMSI)进行了详细的理论研究和分析,得到了粗糙腔条件下的激光动力学的数值解。模拟产生了高斯相关随机表面及其在夫琅禾费面上产生的散斑场,以及该散斑场与相干光场叠加所形成的光场,分析了这些情况中光强的统计特征,与已知实验情况进行了对比,模拟结果与已知统计结果相同。给出了粗糙表面运动时激光器输出增益的变化及其概率密度分布。对由于照明宽度和外腔长度的变化而给粗糙表面运动时激光器输出增益变化带来的影响进行了分析。实验结果和模拟结果相符。

报道了利用一对光纤光栅作为双包层Yb3+掺杂光纤激光器的谐振腔,激光二极管光纤模块(LD)进行了抽运,并采用锥形光纤实现了全光纤化结构,获得了高功率双包层光纤激光器。光纤光栅通常是用融接技术实现与双包层光纤的一体化连接的,采用的双包层光纤为内包层为梅花瓣形结构的掺Yb3+离子的石英光纤,采用的抽运源为中心波长为970 nm的半导体激光光纤输出模块,在抽运源电流达到2.4 A时,获得了10.8 W的光纤激光器单横模输出,输出波长1100.5 nm,峰值半峰全宽(FWHM)为0.54 nm,激光器斜效率为59％。

利用光纤角度磨抛侧面耦合新技术研究了侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器。实验上采取新的加工工艺获得了端面具有小锐角磨抛斜角的多模光纤,专门设计的高精密机械调整结构有效地将多模光纤的斜面和双包层光纤的侧面精确对准,通过不同的折射率匹配材料进行的研究,发现折射率匹配材料对于注入功率和抽运效率都有较大影响。实验中通过光纤角度侧面耦合器能够注入1.12 W抽运光进入双包层光纤,侧面耦合效率最高可达80%。将该侧面耦合技术用于侧面抽运的掺Yb双包层光纤激光器,在单个尾纤输出的半导体激光器侧面抽运下得到光纤激光器的最大连续激光输出功率282 mW,斜率效率为55.5%。实验结果表明,光纤角度磨抛耦合技术是掺Yb双包层光纤激光器的一种简单有效的侧面抽运方式。

利用X射线衍射技术对用直流反应磁控溅射技术沉积在蓝宝石基底(100)晶面上的氮化铝(AlN)薄膜进行了晶体结构分析,对X射线衍射图样的分析结果表明

对超短强激光脉冲在CsLiB6O10晶体中的群速失配进行了理论分析,采用傅里叶变换法推导超短脉冲二次谐波的耦合波方程。在I类相位匹配下数值计算了脉冲宽度50 fs的基波532 nm,在CsLiB6O10晶体长度为0.5 mm时产生二次谐波(266 nm)的群速延迟量约100 fs,并且随着晶体长度的增长,二次谐波的脉冲宽度几乎线性展宽。并得到了群速失配量Δβ(2)1=226.243 fs/mm,低阶和二阶群速色散系数分别为β(2)2=210.120 fs2/mm,β(3)2=65.587 fs3/mm。其结果表明由于群速延迟和群速色散导致了谐波脉宽展宽和形变。

最近的研究发现,用掺铒光纤环镜放大并压缩超短光孤子不仅能避免常规掺铒光纤放大器中由于非线性效应引起的孤子畸变,而且可克服绝热放大技术中放大器长度随输入脉宽增大而指数规律增大的困难。进一步研究了环镜及输入脉冲特性对放大结果的影响。数值计算表明,对于确定的输入脉冲,当环镜参量(环镜长度、增益、耦合器功率耦合系数)在较大范围内变化时,环镜放大器的孤子输出性能基本稳定。对于确定的环镜,输入脉冲形状的变化、初始输入功率的起伏以及高阶效应等因素对放大结果的影响较小;相对而言,初始频率啁啾对输出孤子宽度的影响较大,但对输出孤子质量的影响并不严重。

研究了偏心激励多模聚合物光纤横截面的光功率分布。用光线追迹法计算了不同的激励源偏心距离和光纤长度时,光纤出射端横截面的光功率分布,并用二维CMOS图像探测器阵列进行了测量。数值计算和实验测量的结果均表明随着激励源偏心距的增加,光功率分布由光纤轴心向外偏移并形成环状;光功率分布在圆周方向的均匀性随着光纤长度的增加而趋于均匀。对中心激励的弯曲光纤光功率分布的测量结果表明,当弯曲曲率半径远大于临界曲率半径时,光功率分布无显著展宽,光功率分布随曲率半径的减小而向曲率外侧偏移;当光纤弯曲半径接近于临界曲率半径时,光功率分布显著展宽。

随着粗波分复用(CWDM)系统在城域网和接入网中日益广泛的应用,人们对粗波分复用/解复用器的研究也逐渐展开。报道了一种8通道波长间隔为20 nm的粗复用/解复用器。该器件基于阵列波导光栅(AWG)原理设计,利用平面光波导技术(PLC)制作,采用多模干涉输入结构和“S”形阵列波导结构,实现了较宽的通带宽度和较低的串扰。实验测得1 dB带宽大于10 nm,相邻串扰大于24 dB,非相邻串扰大于32 dB。介绍了其设计原理和制作过程,给出了光束传播法(BPM)数值模拟结果,并和实验结果进行了对比。

在分析比较双折射晶体偏振光干涉型和平面波导环形格子结构型光交错复用滤波器原理的基础上,揭示了两者在光谱透射率的数学上的等效性,给出了两者结构参量之间的等效关系,可以直接利用经简单傅里叶级数对比法获得的晶体的结构参量对平面波导环形格子结构型光交错复用滤波器进行结构设计。利用该方法对一个两级平面波导环形格子结构型光交错复用滤波器进行了优化设计,信道隔离度比文献中结构提高了近5 dB,而且结构参量有多种组合。与利用复杂的格子理论计算仅获得一组结构参量相比,该方法更加简单、有效。

采用计算机系统仿真方法研究光纤色散参量对应用相敏光放大器(PSA)作为在线放大器并采用平均孤子传输方案的光孤子通信系统传输性能的影响。研究结果表明

用火焰水解和高温烧结的方法在单晶硅基片上制备了厚SiO2和B2O3-P2O5-SiO2光波导包层材料。并用扫描电镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)方法对其微观形貌和物相结构进行了观察和检测。重点对硅基片上沉积厚SiO2时的龟裂和析晶问题进行了深入研究。从扫描电镜照片可以看出,火焰水解法形成的SiO2粉末呈多孔的蜂窝状结构。这种粉末具有很高的比表面积,因而很容易烧结成玻璃。X射线衍射图谱表明,这种粉末是完全非晶态的。经过烧结以后,从扫描电镜照片可以明显看出硅基片上的SiO2薄膜出现龟裂。同时,X射线衍射测试结果表明有少量SiO2析晶。而通过在SiO2中掺入B2O3、P2O5,上述龟裂和析晶完全消失。用这种工艺制备的SiO2波导包层材料厚度达到20 μm以上,表面光滑、没有龟裂,而且是完全玻璃态的,可以用于制备性能优良的各种硅基二氧化硅波导器件。

从以顶端籽晶法生长的大尺寸优质三硼酸铋(BIBO)单晶体制备长为5 mm的Ⅰ类倍频器件,在准连续Nd∶YAG激光器中获得216 mW的蓝光输出,转换效率约为三硼酸锂(LBO)晶体的2倍。

利用光刻胶的非线性效应可以制作出了矩形的全息光栅。制作矩形光栅时,对槽形的控制被简化为对槽深和占宽比这两个参量的控制。首先借助实时潜像监测技术获得最佳曝光量,然后根据显影监测曲线的特征找出光栅槽底的残胶厚度为零的显影时刻,就能得到槽底干净的矩形光栅,同时保证槽深近似等于光刻胶的初始厚度;如果此后继续显影,就能适度减小占宽比。实验结果和理论分析都证实了这种控制方法的可靠性。对1200 lp/mm的光栅,目前工艺能精确调控的最大槽深为1 μm,占宽比在0.2～0.6范围内。实验还揭示,为了提高对光栅槽形的调控能力,必须首先提高干涉条纹的稳定性。

系统地分析了大错位量散斑干涉术测量离面位移的原理,并结合晶体光学理论详细分析液晶体的相移过程,同时从理论上剖析了沃拉斯顿棱镜的错位机理,从而构造出一种新的基于液晶体实现大错位量散斑相移技术的测试系统。采用该检测系统对结构实体混凝土在不同养护时间情况下的力学行为进行测试研究。实验结果揭示