在Kogelnik耦合波理论的基础上,考虑光栅记录介质的色散效应的影响,研究了光折变体全息光栅对不同偏振状态的超短脉冲激光光束衍射的性质,讨论了高斯型入射脉冲激光光束的谱宽与光栅的有效衍射谱宽之比不同时,衍射和透射光束的光谱宽度、时间宽度、波形和衍射效率的变化。结果表明,光栅的有效衍射谱宽受光栅参量及入射条件的影响,对衍射性质的影响很大,且在考虑光栅记录介质的色散效应时减小。当入射脉冲的偏振方向垂直于入射面时,光栅的有效衍射谱宽大于偏振方向平行于入射面的情形,衍射效率在入射脉冲宽度较大时小于偏振方向平行于入射面的情形;谱宽比较大时,衍射光束的时间分布曲线产生展宽和变形,且比偏振方向平行于入射面的情形展宽和变形得更加明显。

基于超格子构造法,采用全矢量模型计算了光子晶体光纤的模场半径,由此出发理论分析了光子晶体光纤与普通单模光纤之间接续损耗分别受横向偏移、轴向倾斜以及模场不匹配的影响,给出了光子晶体光纤在部分常用结构参量区域｛Λ, d/Λ｝内与SMF-28接续损耗的理论值,讨论了光子晶体光纤各结构参量与接续损耗之间的关系。并简要分析了不同结构光子晶体光纤之间的接续损耗。结果表明,接续损耗对横向偏移和轴向倾斜都非常敏感;孔距是决定接续损耗大小最主要的因素;与普通单模光纤接续,当光子晶体光纤的孔距比该单模光纤纤芯半径大一些时,接续损耗比较小;两种不同结构光子晶体光纤之间的接续损耗大小最主要取决于它们孔距的差异。

为了评判偏振态移位键控(PolSK)光混沌通信系统的保密性强弱,先要验证它的混沌特性,因此对该系统的信号进行了分析。利用三种方法判定该信号是否具有混沌特性：在三维相空间观察奇异吸引子;分别从最大李氏(Lyapunov)指数满足的方程出发以及wolf法计算其最大李氏指数;并计算其自功率谱密度函数。结果明显观察到奇异吸引子,算得最大李氏指数分别为0.0364和0.0106,都大于零,自功率谱为噪声背景、宽峰的连续谱;从而判定该系统传输的信号确实是混沌信号。另一方面,用最小伪邻点算法计算该系统信号的嵌入维数,结果达到6维,说明该系统具有中高维度混沌特性;结合系统的抗攻击性分析,得出结论：相比于一般的混沌掩盖方案,该系统具有较强的保密性和安全性。

光子晶体超棱镜是实现分色、滤波等功能的关键器件,而群延迟是衡量分波滤波效果的重要参量。为了获得更好的分光效果,一般采用级联法布里珀罗滤波器或者Gires-Tournois滤波器实现大而线性的群延迟。基于多镜理论提出了一种新的多腔滤波器群延迟计算方法,简化了计算过程,使得计算不再受实际材料的限制。并以四腔级联Gires-Tournois滤波器为例进行群延迟的模拟计算,得到的结果与薄膜传输矩阵基本吻合,证实了算法的正确性。最后分析了群延迟、线性范围与Gires-Tournois滤波器腔长之间的关系,指出了如何根据实际要求选择腔长的方向。

全息光存储以其高密度、大容量、高速并行数据存取而成为光存储领域的一个重要研究方向。生物光致变色材料——菌紫质是一种新型可擦重写全息记录介质。实验证明了使用菌紫质薄膜进行角度复用和偏振复用全息存储的可行性。利用菌紫质的光致变色特性,采用90°角度复用全息存储光路,在BR-D96N薄膜样品同一位置上实现了6幅全息图存储,并分别读出了无串扰的再现像。利用菌紫质薄膜的光致各向异性进行了偏振复用全息存储,在BR-D96N薄膜样品的同一位置上存储了两幅正交偏振光记录的图像,用原参考光再现和偏振片选择,可分别读出这两幅图像。

同轴式光全息存储技术是新型超大容量超高速存取的光学存储技术。具有反射式结构的光盘可以将再现光反射回聚焦透镜,因而可以简化系统结构,而且可与现有的光盘系统(如CD和DVD)很好地兼容。引进现有光盘的伺服控制技术可以有效地保持聚焦透镜与光盘间距和精确定位,因而,可将全息图准确无误地记录在媒体中并准确无误地再生出来而不受外界的振动影响。首先讨论了传统的“双光束干涉法”在商品化方面遇到的难题,从而引出了同轴式光全息存储技术并演示了它的记录、再生的实验结果。通过实验数据分析计算了该光盘系统的角度偏差和光源波长容限范围。为实现装置的低成本和小型化等方面提供了理论依据。

在光学加工中,反射镜可以很好地补偿待检镜,解决加工中的一些难题。通过三级像差理论求解反射镜补偿检验二次曲面的初始结构参量,令球差系数∑S1=0,补偿镜e21可选择球面或椭球面,推导出补偿镜和待检镜之间关系的表示式。e21=0、0.1、0.2、0.3、0.4,按公式画出e22/α～β,αr02/r01～β的曲线图,从中确定β∝α,e21,e22,r01,r02,d12的对应关系,解出补偿检验的初始结构参量,分析补偿镜放置待检镜曲率中心前α>0,α>1和后α<0、β≥0,β≤0对应待检镜的e22各种求解。分析看出：这包括了补偿检验的全部功能,对凸和凹的二次曲面都可以进行补偿检验,其中有以前提出的解,也有以前没有发现的解,对补偿检验的全面分析是非常有益的。

在使用图像分析进行自动聚焦时,聚焦的准确性和有效性至关重要。聚焦窗口过大不仅增加计算量,且背景图像太多会引起误判;窗口太小则会导致目标偏离窗口,亦会引起误判。深入研究了聚焦窗口的选择问题,提出了一种新的选择方法,有效解决了上述问题。引入非均匀采样,可以保证中央的高分辨率和较大的视场范围,既保证目标图像位于聚焦窗口之内,又显著减小了背景图像的负面影响。同时对采样参量做了进一步的研究,以获得更好的效果。实验结果表明该方法有效提高了对焦的准确性和有效性而且减少了数据量,没有影响系统的实时性。

研究了采用面阵CCD探测器测量光束参量的技术问题,研制了一套高精度激光参量测量系统,对其光学系统像差与光场干涉原因进行了理论分析,实验测量了连续抽运1064nm固体模式发生器产生的基模厄米高斯光束,分析对比了其输出光束带有干涉条纹时对测量精度的影响,对光学系统的设计提出了具体技术要求,为同类装置的研制提供了参考依据。

为了提高自混合干涉仪的位移测量精度,提出将正弦相位调制技术引入自混合干涉中。相位调制由置于自混合干涉仪外腔中的电光晶体实现,相位解调由傅里叶分析的方法得到。对位移测量过程中各种可能的误差来源如电光晶体调制不稳定性、光在外腔中的二次反馈效应等对测量精度的影响进行了模拟分析,从理论上得到了这种新的信号处理方法可以达到纳米级的测量精度。实验上,用高精度的商用压电陶瓷标定的结果验证了这种正弦相位调制自混合干涉仪在普通实验室噪声环境中可以达到纳米级的位移测量精度。

对半导体激光器光束准直场的研究具有重要的意义,半导体激光器的远轴模型能精确描述其发出的光束。根据瑞利索末菲衍射公式,利用稳相法得出了半导体激光器远轴光束经过透镜准直后的场分布解析表达式。根据该表达式可以得出如下结论：准直后光束在两个方向上的光斑大小与透镜焦距成正比, 且与传输距离无关,沿轴光强与波导尺寸参量和准直透镜焦距有关,且与透镜焦距成平方反比关系,在传输距离较短的情况下,准直光场相位分布近似为球面,传输距离较长时,光场相位近似为平面. 这些结论在工程应用中具有重要的价值。

基于热传导方程和高斯赛德尔数值计算方法,对部分抽运板条激光器的温度分布、热应力和热致折射率变化等热效应进行了详细分析,并与单侧抽运及双侧抽运方式进行了比较。结果表明,设计合理的部分抽运板条激光器,可以获得较高的抽运效率,其热效应相比于均匀抽运的情况并没有显著劣化,不论是采用锯齿形传播方式还是直线传播方式的激光器都可以获得较好的光束质量,当一束高斯激光直线经过板条晶体中部时,光束质量因子为1.4,若采用锯齿形传播方式,则光束质量因子可提高到1.1。

研究了过渡金属络合物ZnSiF66H2O∶Fe2+晶体光谱结构的杨特勒效应和电子顺磁共振g因子。由单晶的中子衍射方法得到ZnSiF66H2O∶Fe2+的晶体结构,这种结构可以用SiF2-6和Zn(H2O)++∶Fe2+两个离子来描述。而局域三角对称的Zn(H2O)++∶Fe2+离子反映了这种晶体的主要光谱性质。利用不可约张量的理论构成了晶体场和自旋轨道相互作用哈密顿矩阵和电子顺磁共振理论公式,求出了晶体ZnSiF66H2O∶Fe2+中Fe2+离子的电子顺磁共振零场分裂参量(D,F-a)及g因子,并研究了低自旋3L态对电子顺磁共振零场分裂参量的贡献是不能忽略的,而对g因子的贡献是非常小的,并理论计算了它的晶体结构,证实了杨特勒效应的存在,理论计算的结果与实验值是相符的。

研究了一种新型的卟啉侧链聚合物丙烯腈丙烯酸卟啉酯共聚物{poly[porphyrin acrylate-acrylonitrile] (p[(por)A-AN]}的链间和链内的卟啉分子的相互作用对聚合物薄膜发光性质的影响。通过采用飞秒荧光光谱技术测量了p[(por)A-AN]薄膜的荧光动力学过程。测量结果表明：纯p[(por)A-AN]薄膜(～450ps)显示出了比混合物薄膜p[(por)A-AN]/polystyrene (PSE)(～1.3 ns)快得多的荧光弛豫过程。而p[(por)A-AN]/PSE混合物薄膜显示出较纯p[(por)A-AN]薄膜增强的荧光效率。 增加p[(por)A-AN]分子内卟啉侧链基团的浓度导致纯p[(por)A-AN]薄膜和p[(por)A-AN]/PSE 混合物薄膜的荧光效率的增强和寿命(由近26 ～36 ps)的增加。 分子间和分子内卟啉侧链基团之间的无辐射能量转移和分子内卟啉侧链基团的旋转运动在p[(por)A-AN]的荧光动力学过程中起着重要的作用。

采用传统熔融及退火技术,引入合适的添加剂于相对低温下成功制备出掺钕锂铝硅玻璃,通过控制成核和析晶工艺制备出锂铝硅玻璃陶瓷。采用差热分析、X射线衍射、扫描电镜、紫外可见近红外分光光度计和荧光光谱仪对材料进行表征。三个发光谱带中心波长位于890 nm,1065 nm和1330 nm处,分别对应于4F3/2→4I9/2,4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2跃迁。玻璃陶瓷晶相及晶粒大小对Nd3+离子发光性能影响很大。当Nd3+离子进入晶粒尺寸为10～20 nm的β--锂霞石固溶体时,发光强度与基质玻璃相比明显增强,在1065 nm处的受激发射截面σin达1.931×10-21 cm2,比基质玻璃受激发射截面提高了约8％。当β--锂霞石固溶体晶粒尺寸接近可见光波长时钕离子发生荧光猝灭。而当β--锂霞石固溶体晶型转变为β--黝辉石固溶体时,荧光猝灭消失。

用飞秒激光(200 fs,1 kHz,800 nm)脉冲在掺杂稀土离子Ce3＋的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜中进行了光存储实验研究,包括对样品的吸收光谱、激光照射前后的电子旋转共振(Electron spin resonance,ESR)光谱的测量和讨论。结果表明掺杂稀土离子Ce3＋的聚甲基丙烯酸甲酯膜具有较低的写入阈值,有利于高速、并行的三维光存储。实验结果采用传统光学显微镜并行读出。给出了四层存储结果(点间距和层间距分别是4 μm和16 μm),并讨论了脉冲能量的大小对空腔尺寸的影响,进行高密度存储时,在保证读出信号灰度值足够大的情况下,应选择尽量小的激光脉冲写入能量。实验结果表明这种材料可以应用于三维光信息存储。

提出了一种面向步进扫描投影光刻机的深紫外准分子激光实时曝光剂量控制算法。通过建立扫描曝光过程的抽象模型并分析准分子激光器单脉冲能量波动特性,提出采用闭环反馈控制进行实时调节,着重研究了抑制单脉冲能量超调和随机波动的有效算法。在一台波长为193 nm、重复频率为4 kHz、单脉冲能量为5 mJ的ArF准分子激光器上进行了实验研究。结果表明,当脉冲个数仅为20时算法控制下的剂量精度即可达0.89%,不但满足亚微米光刻越来越严的剂量要求,而且有助于提高光刻机生产效率和激光器使用效率。

研究了照明光瞳非对称性对光刻成像质量的影响。通过PROLITH软件计算了环形与四极照明条件下,光瞳非对称性对图形位置偏移量、曝光图形内水平线条与垂直线条的宽度差、曝光图形上密集线条与孤立线条之间线宽偏差的影响。研究结果表明,光瞳非对称性主要影响曝光图形的位置偏移量,光瞳非对称性引起的图形位置偏移量与光瞳非对称性的大小成线性关系。根据套刻精度的误差分配原则,计算得到光瞳非对称性的容限为5％。

变焦镜头在校正像差的同时,还要求像面稳定,才能保证成像质量。采用机械补偿的方法,可以保证凸轮的准确性以使像面稳定,从而保证成像质量。首先应用动态光学理论推导出变焦光学系统的像移补偿组公式,从而得到像移补偿组的轨迹曲线。再根据推导得出的补偿曲线加工出凸轮机构,可对光学系统变焦带来的像移实现完全补偿。此外还给出三个变焦系统的设计实例,用来验证该方法的正确性和实用性。

基于速率方程建立了线性光放大器(LOA)的数值模型,模拟了线性光放大器的增益钳制特性。与对称结构马赫曾德尔干涉仪(MZI)的传输矩阵相结合,构建了线性光放大器马赫曾德尔干涉仪全光逻辑异或门模型,实现了两路40Gbit/s信号的异或运算。与传统的半导体光放大器(SOA)构成的马赫曾德尔干涉仪型异或门进行了比较,从器件结构上对两种异或门运算结果的差异给出了解释。结果表明,线性光放大器具有平坦的增益特性,对输入信号的扰动具有不敏感性,垂直光场缩短了载流子恢复时间;线性光放大器马赫曾德尔干涉仪结构可以实现异或运算;利用差分相位法可以解决载流子恢复时间对信号处理速度的限制,合理地选择延迟时间能获得较好的运算结果;输出信号具有眼图张开度大、消光比高、峰值啁啾小、对波长变化不敏感等优点。

提出利用电控径向双折射光瞳滤波器实现横向超分辨性能参量的调制与轴向扩展焦深。该光瞳滤波器由两个平行偏光镜,一个电光晶体与一个径向对称双折射晶体组成。分析了电光晶体与径向双折射元件对光偏振态的空间调制作用,通过控制电光晶体的相位延迟实现径向中心处初始偏振态的控制,与径向双折射元件横向偏振态调制结合,实现了庞加莱球上偏振态演变路径与阶段的控制,从而对焦点附近偏振态进行空间调制以实现光强的重新分布。研究结果表明,外加电场调制可以实现横向上超分辨性能的调控以及轴向上焦深的扩展,并可得到相应的电光相位延迟范围。

由于反射式离轴抛物镜不产生色差并具有较大的有效孔径,已经广泛应用于辐射校准、宽波段的目标模拟和能量聚焦工作中。影响离轴抛物镜准直特性的主要因素有离轴量,有效孔径和焦面出射点的位置。采用矢量的方法,分析了离轴量等参量和准直性能之间的关系。给出了焦面出射点的位置从0～0.05f,相对孔径D/f从0～0.40,相对离轴量h/f从0.1～0.5变化时,离轴抛物镜准直仪的准直性能曲线。运用CODE V对矢量法的分析结果进行了验证,在条件一致的情形,两者结果吻合。这些结果有助于准直仪的设计。

微分传输矩阵法(DTMM)可以解析求解一维非均匀介质中的波动方程。用该方法,对几种折射率连续且周期分布的一维光子晶体进行了带隙分析。结果表明,折射率连续变化的一维周期结构也具有明显的带隙特征,折射率变化越平缓,光带隙的宽度越小。对于折射率正弦变化的一维光子晶体,其折射率变化得越剧烈,光子晶体的中心频率越小,带隙越宽;同时,折射率的平均值越大,中心频率越小,带隙越窄。由于材料的物理特性都是连续变化的,同样可以把结构推广到一维周期性功能梯度材料。

报道了YVO4晶体在532 nm、30 ps脉冲下的的高效受激拉曼散射。采用腔外单次通过方式测量了不同长度YVO4晶体1阶斯托克斯受激拉曼散射的阈值,并得到该晶体的稳态增益系数为16.0±0.5 cm/GW。实验中观察到2阶斯托克斯线(558.6 nm、587.8 nm)和1阶反斯托克斯线(508.0 nm),受激拉曼散射的整体转换效率高于50%。

研究了存在克尔介质时依赖强度耦合单模压缩真空场与耦合双原子非共振相互作用系统光场的压缩性质,运用数值方法讨论了系统参量对光场压缩性质的影响。结果表明：克尔介质、失谐量、原子间相互作用、光场初始压缩因子对光场的压缩性质有较大的影响。随原子间偶极偶极相互作用的增大,光场的压缩随时间逐渐变浅,压缩的次数减少;随克尔效应或失谐量的增大,光场的压缩程度先逐渐变浅后增强、压缩次数先减少后增多;当光场初始压缩因子较小时,光场压缩程度较小,当光场初始压缩因子较大时,光场压缩程度增大;而原子的初始状态对光场的压缩程度没有明显的影响。

为了对候选光敏剂竹红菌甲素(HA)进行改性并保持其优异的敏化特性,对HA的光谱特性和激发态性质作了进一步的指认。系统研究了HA在不同液相体系下的吸收和荧光光谱,对指认HA的光谱和电子跃迁的机制提出了新的依据,结果表明,吸收带I产生于π-π*跃迁,吸收带Ⅱ和Ⅲ产生于P-π共轭所导致的L→aπ跃迁的电子振动结构;荧光发射带I和Ⅱ是产生于同一跃迁机制S1(L,aπ)→S0的正常荧光的振动结构。

快速准确地鉴别名优茶的真伪是当前茶叶行业亟待解决的一项重大课题。针对这一现状,提出了一种快速准确鉴别名优茶真伪的新思路。试验中,以碧螺春茶为研究对象,利用近红外光谱分析技术结合支持向量机(SVM)模式识别原理建立碧螺春茶真伪鉴别模型。试验结果显示,通过标准归一化(SNV)预处理,选取6500～5500 cm-1波长范围内的光谱经过主成分分析后,提取11个主成分,选用径向基函数(RBF)作为核函数建立的模型最佳。对训练集中的138个茶叶样本,模型的回判鉴别率达到93.48%;对90个独立样本进行预测时,模型的预测鉴别率达到84.44%。研究结果表明基于支持向量机的近红外光谱鉴别名优茶真伪的方法是可行的。

采用先进的中频孪生非平衡磁控溅射技术,以金属钨为靶材,制备非晶态WO3电致变色薄膜。用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外分光光度计等测试手段分析薄膜的结构、表面形貌、成分以及透射光谱特性。研究了氧气流量比及热处理温度对WO3薄膜变色性能的影响。结果表明,中频孪生非平衡磁控溅射技术是制备WO3变色薄膜的一种有效方法;室温条件下沉积获得的原始态薄膜为非晶态WO3;提高氧气流量比和适当热处理温度能有效改善薄膜的电致变色性能。实验中在较高氧气流量比,200 ℃热处理条件下制备的薄膜在380～780 nm的可见光范围内着色态和褪色态平均透光率差值高达50%以上,表现出较好的电致变色性能。

利用Lambda-900分光光度计对离子束溅射沉积不同厚度Cu膜测定的反射率和透射率,运用哈德雷方程,并考虑基片后表面的影响,对离子束溅射沉积的Cu膜光学常数进行了计算。结果表明,在同一波长情况下,膜厚小于100 nm的纳米Cu膜光学常数随膜厚变化明显;膜厚大于100 nm后,Cu膜的光学常数趋于一定值。Cu膜不连续时的光学常数与连续膜时的光学常数随波长变化规律不同;不同厚度的连续膜的光学常数随波长变化规律相同,但大小随膜厚变化而变化。

提出了一种实现大行程飞秒激光脉冲对相位控制的方法。其设计思想是：在迈克耳孙干涉仪中,利用改变激光偏振态的方法改变输出两光束的光程差因子。在对He-Ne激光输出的两束光实现相位锁定的基础上,进而提出了一种可对于超短激光双脉冲相对相位差实现超大行程控制的方法。对He-Ne激光的动态相位锁定、以及飞秒激光脉冲对的相对相位差控制分别作了实验验证。对He-Ne激光的静态相位锁定结果表明干涉仪两臂光程差可以控制在纳米精度;而飞秒激光脉冲测量自相关曲线与理论拟合结果非常接近,经傅里叶变换可得到较好的单峰谱图。该系统能够在实验范围中几乎无行程限制地实现飞秒激光脉冲对的相对相位动态稳定控制。

研究了级联三能级系统中孪生色锁随机光场的相位共轭阿秒和频极化拍频(ASPB)不对称新效应。从理论上分析了自关联单光子简并四波混频(DFWM)和双光子非简并四波混频(NDFWM)信号辐射场与物质间不对等效应、混合型太赫兹失谐振荡特性,及双光子非简并共振四波混频信号的延时不对称性;同时也分析了由干涉计两臂不平衡色散效应引起的阿秒和频极化拍频信号的延时不对称性,即阿秒和频极化拍频信号的最大值相对于零延时有一个小偏移,结果表明该不对称性并这不影响阿秒和频极化拍频零差探测两偶极禁戒跃迁能级分裂的总体精度。阿秒和频极化拍频作为一种消除多普勒增宽的超快调制过程,从理论上说它可以扩展到任何两偶极禁戒跃迁能级系统。