用HF酸刻蚀熔石英元件，研究刻蚀对元件后表面划痕的形貌结构及损伤性能的影响，探索损伤阈值提升的原因.时域有限差分算法理论计算结果表明：对于含有50 nm直径氧化锆颗粒的划痕，对入射光调制引发场增强的最大值是入射光强的6.1倍，且最强点位于划痕内部氧化锆颗粒附近，而结构相同但不含杂质的划痕引发的最大场增强为入射光强的3.6倍，最强区位于划痕外围；HF酸刻蚀能够有效去除划痕中的杂质，改变划痕结构，增加其宽深比值，经刻蚀的划痕对入射光调制引发场增强降低到入射光强的2.2倍.实验结果表明，经过深度刻蚀的划痕初始损伤阈值较刻蚀之前提高一倍多；光热弱吸收测试仪测试刻蚀后划痕对1 064 nm激光的吸收最大值仅为230 ppm.HF酸刻蚀同时可以提升元件整体损伤阈值，由于元件上无缺陷区域损伤阈值随刻蚀的深入先增加后降低，因此HF酸刻蚀应进行到元件损伤阈值提升到最大值为止.

光镊是利用光穿过处于系统焦点的物体时产生的动量变化对其施加力的作用，因此确定光镊系统焦点位置是极其重要的.但目前缺少有效确定光镊焦点的方法.本文提出利用测量皮安培量级电流的膜片钳技术，基于光在溶液中产生的光热效应来确定光纤端面出射光斑的焦点.基于水的吸收光谱，选用波长为980 nm、845 nm和功率为100 mW的激光作为光源.由于光热效应引起溶液电导的改变，影响流过玻璃微电极的电流，再用标准温度引起电流变化对膜片器放大器记录的电流标定，将电流值转换成温度值，获得微电极尖端点的温升值.用三维微操纵器控制玻璃微电极的空间位置，获得温度空间分布，从而确定该光斑焦点位置.

基于激光阴影法测量原理，建立了一个记录纳秒脉冲激光诱导等离子体屏蔽现象的实验光路系统，探索了一种等离子体屏蔽图像的记录方法，对纳秒脉冲激光诱导水击穿形成等离子体的现象进行了研究.记录了在不同能量状态下出现的激光诱导等离子体屏蔽图像，发现了激光诱导水介质的等离子体屏蔽效应随作用光能量呈增强的趋势，首次观测到了在纳秒脉冲激光作用下液体中出现的线型击穿现象.本文研究结果可为水下激光加工研究、医疗以及激光在液体中的传播特性研究提供实验依据.

通过在非线性偏振旋转环形腔内引入一种可旋转的在线起偏器，在保证装置的全光纤化结构的前提下，简化了被动锁模光纤激光器的结构.通过联合调节可旋转的在线起偏器、1/2波片和1/4波片的角度实现了掺饵光纤锁模脉冲20 nm间隔的双波长调谐输出，调谐过程中观察到了锁模脉冲双波长状态.另外，从装置中去掉1/2波片后，仅调谐可旋转的在线起偏器和1/4波片也能够实现锁模脉冲的单波长稳定输出.

光轨网络是一种能够利用成熟的光学器件实现带宽灵活分配和信息交换的新型网络.串扰是限制光轨网络的物理层性能及其扩展性的重要因素.本文讨论了典型的光轨网络节点中异频串扰和同频串扰的产生原因，理论分析了两者对光轨网络的物理层传输性能的影响.给出了3种串扰性能的评价方法.以密集波分复用技术为应用背景，分别搭建了器件隔离度为20 dB和30 dB的、具有3个节点5个波长且单波长速率为2.5 Gbps的光轨网络，仿真了串扰在光轨网络中的传播过程，并计算了光轨网络的误码率、功率代价和相对串扰.理论分析和仿真结果表明：光滤波器、解复用器和复用器是光轨网络中串扰产生的关键器件，且提高器件的隔离度等性能对于提高光轨网络的传输性能会有较显著的效果；在密集波分复用条件下，串扰对单波长速率为2.5 Gbps的光轨网络的误码率和功率代价具有显著的影响，从而限制了光轨网络实际可用的节点数目.

针对大气激光通信中低密度奇偶校验码(LDPC)置信传播(BP)译码算法复杂度高的问题，对几类BP-Based简化译码算法进行了分析，并基于最小均方误差准则(MMSE)对Scaled BP-Based和Offset BP-Based两类改进译码算法的优化设计进行了探讨，得出两类算法的最优校正因子，并给出了数值计算.在不同的湍流强度下，对码长1008的(6,3)比特填充LDPC码进行了仿真实验，结果表明，对于短码长的LDPC码,当译码BER=10－5时, 最小和算法(UMP BP-Based)相对于BP算法有0.1~0.15 dB的译码性能损失；基于MMSE设计的两类算法相比BP算法大大降低复杂度的同时，译码性能与BP算法相当，甚至优于BP算法，优于UMP BP-Based算法0.075~0.15 dB.

对由三个反射面构成的复合式法珀腔的光纤法珀压力传感器进行了输出光谱理论分析，提取了含有传感器腔长信息的包络.提出了基于干涉级次拟合的解调算法，仿真分析了传感法珀腔腔长范围为160~215 μm的光谱信号.结果显示,在不同信噪比下，基于干涉级次拟合的算法可获得较好的测量准确度，同一信噪比下，该准确度不依赖腔长变化，也不依赖光谱解调波长分辨率变化.实验结果表明,基于干涉级次拟合结果曲线残差的均方根差为0.012 μm，验证了该算法的有效性.

以描述负折射介质中超短脉冲传输的归一化非线性薛定谔方程为模型，采用对称分步傅里叶算法研究了负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.数值模拟发现：当孤波的初始频移为零时，亮孤波间的相互作用与常规介质中类似；当孤波的初始频移不为零时，其传输速度和相互作用明显受三阶色散和自陡峭效应的影响,主要表现为相互排斥.而负折射介质中暗孤波间的相互作用与常规介质中的相互作用类似，无论暗孤波是否存在初始频移，暗孤波间的相互作用在三阶色散和自陡峭的影响下都表现为相互排斥.结果表明，通过调节三阶色散和自陡峭系数可以在一定程度上抑制负折射介质中亮、暗孤波间的相互作用.该研究结果为负折射介质在未来高速通信中的应用提供了理论依据.

针对光纤的泵浦耦合问题，对由两片非球面透镜组成的接近1∶1光纤间空间耦合器进行了计算和实验验证.利用高斯光束的变化规律对光路进行了分析研究，并根据二极管输出光相干性不好的特点，对非球面透镜进行了光路追迹的模拟计算.研究发现，在泵浦光波长等因素发生变化时，利用椭球面透镜组成的耦合系统较双曲面透镜有更高的稳定性.实验中选用符合计算结果要求的非球面透镜组成耦合装置,利用一台二极管激光器(尾纤输出端面直径约200 μm，N.A.约0.2)泵浦一段芯径约200 μm(N.A.约0.42)的多模光纤，耦合装置的透过率约95%，在光纤端面有反射的条件下约90%的泵浦光耦合进光纤.

在密集波分复用系统中，多波长DFB激光器阵列与多模干涉耦合器集成光源器件具有重要的应用前景.为了研制多波长集成光源中的宽带可用低损耗光耦合器,利用三维有限差分光束传播法仿真设计了一种具有强限制作用的InP/InGaAsP材料的多模干涉型耦合器.输入/输出端波导均采用楔形结构以降低多模干涉型耦合器的插入损耗,提高各个输出端口的出光平衡度.根据仿真结果,结合波导芯层为采用外延生长设备,采用反应离子刻蚀工艺制作了1×乘4多模干涉型耦合器.利用自动对准波导耦合测试系统对所制作器件的插入损耗和出光平衡度进行测量.测试结果表明,该器件在1 550 nm波长附近的40 nm带宽范围内获得了约2.6 dB的通带平坦度,在1 550 nm通信波长处,器件的插入损耗低于10 dB.

为满足卫星激光通信中超高速数据传输的特殊要求，采用电子束和离子辅助沉积技术，制备了532 nm、632 nm和1 064 nm波长处高反射，808 nm和1 550 nm处高透射的多波段滤光膜.选取了H4和SiO2作为高低折射率材料，通过对膜系设计曲线的不断优化，减少了灵敏层的个数，得到了相对易于制备的膜系结构；采用电子束加热蒸发方法并加以离子辅助沉积系统制备薄膜, 采用光控与晶控同时监控的方法控制膜厚；通过不断调整工艺，提高了薄膜的抗激光损伤能力，减小了膜厚控制误差，提高了透射波段的透过率及反射波段的反射率，最终得到了光谱性能较好的滤光膜.该薄膜能够承受雨淋、盐雾、高低温等环境测试，满足使用要求.

采用对靶磁控反应溅射技术，以氢气作为反应气体在不同的氢稀释比条件下制备了氢化非晶硅薄膜.利用台阶仪、傅里叶红外透射光谱、Raman谱和紫外-可见光透射谱测量研究了不同氢稀释比对氢化非晶硅薄膜生长速率和结构特性的影响.分析结果发现，利用对靶磁控溅射技术能够实现低温快速沉积高质量氢化非晶硅薄膜的制备.随着氢稀释比不断增加，薄膜沉积速率呈现先减小后增大的趋势.傅里叶红外透射光谱表明，氢化非晶硅薄膜中氢含量先增大后变小.而Raman谱和紫外-可见光透射谱分析发现，氢稀释比的增加使氢化非晶硅薄膜有序度和光学带隙均先增大后减小.可见，此技术通过改变氢稀释比R能够实现氢化非晶硅薄膜结构的有效控制.

本文设计了一个基于圆柱型硅光子晶体自准直环形腔的1×2光下路分束器.该光下路分束器由三个分光镜和一个反射镜构成，其中窄光束依赖自准直效应进行传输.利用多光束干涉理论分析了光下路分束器中不同出口的理论透射谱，并且利用时域有限差分法对光下路分束器透射谱进行数值模拟计算，其结果与理论预测基本一致.当下路波长为1 550 nm时，光下路分束器的自由光谱范围约为30 nm，几乎涵盖了整个光通信C波段.由于其小尺寸和全硅材料，本文设计的1×2光下路分束器有望应用于未来的集成光路中.

为实现结构紧凑、高灵敏度的光纤压力(液压)传感器，提出了一种应用于液压传感的边孔结构光子晶体光纤.基于全矢量有限元方法，研究了传统光子晶体光纤和边孔结构光子晶体光纤的有效折射、模式等特性以及在液压情况下的应力和应力特性.根据光弹效应给出了传统光子晶体光纤和边孔结构光子晶体光纤在液压情况下的折射率变化特性.模拟结果表明边孔结构光子晶体光纤可以获得更大的液压传感灵敏度，增大边孔半径可以提高液压传感灵敏度，因此结构优化的边孔结构光子晶体光纤可以实现高灵敏度的光纤压力(液压)压力传感器.

传统基于暗通道图像去雾中仅考虑初始透射图对于透射图优化的影响，而未充分考虑深度信息对于透射图优化贡献不同的特点，造成去雾结果在深度不连续处出现“晕”且离视点较远区域的去雾效果有明显下降.针对上述问题，本文提出一种基于边缘特征的加权暗通道先验去雾算法.该方法根据边缘特征的位置估计深度信息的连续性，将边缘点及非边缘点赋予不同权值，对加权透射图优化求解.仿真实验表明，新的去雾算法在恢复图像细节的基础上能够有效抑制“晕”的产生，证实了本文方法的可行性和有效性.

为了实现仅用两个密钥对彩色图像进行加密，提出了一种基于光栅调制的彩色图像加密方法.该方法首先把彩色图像分成三基色分量：红，绿，兰.然后，把这三帧灰度图像分别用空间频率不同正弦振幅光栅调制，之后，再把调制结果进行叠加而形成一个实值目标图像，该目标图像包含了原始彩色图像的全部信息.对此目标图像进行双随机相位加密系统的加密，即实现了彩色图像的加密隐藏.由于正弦光栅的调制作用，R、G、B灰度图像的频谱在实值目标图像的频谱中分离开来，通过选取合适的滤波窗口，就可以对他们的频谱分别提取并予以重建，并最终实现重构原始彩色图像.本文给出了理论分析和计算机模拟，实验结果证实了该方法的可行性.

提出了一个基于高维2m+1粒子纠缠态的任意m粒子态量子可控离物传态方案，发送方Alice对需传送的未知态量子系统和手中的纠缠粒子执行m个广义Bell基测量，控制方执行广义X基测量，依据预先共享量子纠缠态非定域相关性，接收方对手中的粒子执行相应的幺正操作就可以重建原来未知量子态.与其他方案相比，方案减少了任意高维多粒子态可控离物传送所需传送粒子数.我们进一步讨论了基于纯纠缠信道的概率量子可控离物传态方案，通过与发送方和控制方合作，接收方只需对手中的纠缠粒子和引入的附加粒子执行联合幺正演化和投影测量，就可以在他的粒子上概率的重建原来的未知量子态，最后，方案计算讨论了基于纯纠缠态量子可控离物传态成功概率与信道纠缠度之间的关系.

本文提出了一个新颖的基于四粒子cluster态和Bell态制备任意三粒子远程制备方案.在发送者(Alice)对自己手中的粒子做正交完备测量，接受者(Bob)对自己手中的粒子做适当的幺正变换后，任意三粒子远程制备成功.对于Alice的两种不同的正交完备基测量的情况，分别计算了远程制备成功的概率.另外，本方案成功制备的概率在一般情况和一些特殊情况下是可以计算的.分析结果表明:在一般情况下，远程态制备可以以1/8的概率实现;但在一些特殊情况下，成功的概率可以提高到1/4、1/2,甚至1.

本文提出了一个多用户量子信令传输系统，并详细阐述了信令在信道中的传输过程.研究了传输过程中信令受到第三方恶意攻击的损伤模型，并将诱骗态的思想引入量子信令安全的直接通信中，分析了采用不同光强来发送光脉冲，以克服光子数分裂攻击的问题，从而提高了信令传输的安全性.仿真结果表明，本文所提出的对多用户信令攻击的修复策略可有效地检测到光子数分裂数攻击，并增加了安全传输距离，从而保证信令传输过程安全有效的进行.

研究了耦合腔A和B中各囚禁一个二能级原子的情况，给出了总激发数为2时系统态矢的演化.利用Negativity熵度量两子系统间的纠缠，采用数值计算方法研究了两个原子之间、腔内原子与腔场之间和两个腔场之间的纠缠性质.讨论了腔场间的耦合强度对纠缠特性的影响.研究结果表明：原子1和原子2处于分离态.另一方面，随腔场间耦合系数增大腔场间的纠缠和原子与腔场间的纠缠减小.

通过计算并发度和线性熵研究了初始处于GHZ态的三个两能级原子与数态场相互作用系统的纠缠动力学特性，讨论了场的初始光子数对并发度和线性熵的影响.结果表明,腔内两原子之间的纠缠出现突然产生现象，而且可以通过改变场的初始光子数来控制产生纠缠的阈值时间和纠缠的最大值.对腔外原子的探测导致了并发度随时间的演化呈现周期性规律，场的光子数的增加不但减小了并发度的最大值，而且缩短了并发度的演化周期.

内壁蜂窝结构是决定遮光罩杂散光抑制性能的主要因素，掌握其各向异性辐射传输特性对遮光罩的杂散光分析和优化设计具有重要意义.针对蜂窝结构单元，建立辐射传输模型，导出了表面双向反射分布函数的离散表达式；通过蒙特卡罗法模拟蜂窝结构单元的辐射传输过程，分析了几何参量和涂层反射率对等效面反射特性的影响；根据模拟所得双向反射分布函数数据库，建立了用于遮光罩杂散光分析的蜂窝结构等效面的反射特性概率模型.分析结果表明，蜂窝结构对杂散光呈现很强的后向散射特征，等效面的反射特性概率模型与直接模拟结果符合很好，可用于遮光罩杂散光分析和设计.

为设计一套焦距17~1 700 mm的长焦距、超高倍率变焦距光学系统，首先在合理选择初始结构基础上，通过比较高斯光学计算结果找出高斯解对系统性能的影响规律，从而确定系统的关键参量；然后通过分析各组元相对孔径和像差特点选定结构形式，并进行系统像差的校正和优化.设计结果系统光学总长760 mm，各焦距位置全视场50 lp/mm处MTF>0.3，各项指标满足系统要求.

为了能够实时成像和同步显示，设计了一种结构简单、携带方便的大面阵CMOS实时成像及显示系统,采用EPF10K50完成了MT9M413C36STM图像生成时序和SXGA显示时序及数据输出的多路转换设计.图像传感器的数据输出转换为两路，一路数据输出给处理电路进行图像实时处理；另一路经ADV7127视频数模变换后输出，可以连接SXGA形式的显示器同步显示图像.实验设计了相关硬件电路，并用VHDL语言编写了驱动程序,在Quartus 8.0的开发环境下，进行了调试.结果表明，该系统可以在1280×1024 @ 60Hz逐行扫描模式下稳定地工作.

运用光谱技术研究了椎骨组织不同位置的特征识别因子.光谱采集系统由双光纤手钻一体式探头(光纤芯径200 μm，中心距离0.5 mm)、卤素光源(波长360~2 000 nm)、光纤光谱仪(检测波长为200~1 100 nm)和计算机组成，可以同时获得生物组织的漫反射光谱和约化散射系数.以猪椎骨为实验对象，测量椎弓根螺钉植入针道上不同骨组织的漫反射光谱和约化散射系数，并对光谱进行特定波长的峰值、面积、斜率分析，获得特性识别因子.研究发现,椎弓根钉植入针道上不同骨组织的光谱表现出不同的变化特性.其中峰值的变化比约化散射系数的变化高1.88倍，面积的变化比约化散射系数的变化高2.05倍.在495~505 nm处，骨密质和骨疏质的光谱斜率都为正值；在520~535 nm处，骨密质光谱的斜率为正值，而骨疏质光谱的斜率为负值.结果表明，通过光谱特性分析获得的峰值、面积和斜率因子能够有效地区分针道上骨密质与骨疏质的差异.

针剂在实际生产过程中容易混入异物颗粒，异物颗粒影响人体健康，因此针剂在出厂前必须进行异物检测.本文提出了一种基于光阻法的针剂异物的检测方法，介绍了检测原理及其信号处理方法，单瓶静态实验表明，该方法与人工检测方法比较，符合率为96.30%.针对检测区域和测试时间过小所造成的漏检可能，提出了双光路检测方法，并通过实验论证了其可行性.