通过数值仿真, 以多个相位屏模拟大气湍流, 研究大气湍流对轨道角动量(Orbital Angular Momentum, OAM)态复用通信系统质量的影响.改变大气湍流折射率结构常量C2n和传输距离z, 分析其对OAM态复用系统归一化接收功率、误码率等的作用.研究结果表明当大气湍流强度增加和传输距离增长时, 复用系统归一化接收功率下降、误码率增加.当C2n增大到5×10－13 m－2/3时, 系统归一化接收功率下降到0.2以下, 误码率增大到0.3以上; 当传输距离增大到10 000 m, 系统归一化接收功率下降到0.3以下, 误码率增大到0.35以上.同时, 对比不同方位角指数l取值的两个OAM态复用系统受大气湍流的影响, 发现: l取值越接近的系统, 受大气湍流影响越大.在等同光学信噪比下大气湍流导致OAM态复用系统误码率性能降低2至3个数量级.该研究对OAM态复用系统的实用化具有积极的参考作用.

利用激光云高仪数据资料, 得出气溶胶后向散射系数时序图、消光系数廓线图以及能见度, 结合探空资料、自动气象站数据以及能见度仪数据, 综合分析了雾霾天气过程.结果表明:雾霾天气的出现受气象要素的影响较大, 静、小风有利于霾的出现, 较高的相对湿度有利于雾霾共存, 并且对能见度产生较大影响; 雾后向散射强度较大, 后向散射系数在垂直方向变化率大, 出现高度较低; 霾后向散射强度较小, 霾空间分布均匀, 后向散射系数垂直变化小, 出现高度较高.利用激光云高仪数据反演水平能见度和垂直能见度, 所得水平能见度与能见度仪所测能见度基本一致.垂直能见度与相对湿度日变化趋势大致相反, 与风速日变化趋势基本一致; 分析雾和霾天气下后向散射系数随时间变化特征发现, 雾霾天气下傅里叶变换的功率谱分布, 与雾和霾的边界特征相对应.

为了设计出结构简单、低阶次的自适应光学系统鲁棒控制器, 提出了自适应光学系统的非光滑H∞控制.采用传统H∞控制方法结合基于Hankel奇异值的模型降阶法, 设计了全阶H∞控制器和降阶H∞控制器, 控制器的阶次分别为226阶和163阶.采用非光滑H∞控制方法, 所设计出的控制器仅为一个常数矩阵与4阶单输入单输出传递函数的乘积.为了验证和比较控制效果, 模拟了动态大气湍流波前相位及采用全阶H∞控制器和采用非光滑H∞控制器的自适应光学系统的校正后残余波前相位, 仿真结果表明, 两个自适应光学系统有着近似的控制效果, 证明了自适应光学系统非光滑H∞控制的有效性.

基于声光衍射原理, 利用光学方法对低频液体表面波的光衍射特性进行了研究, 给出了非对应级数的解析表达式并进行了数值模拟, 解释了非对应分布的机理.实验观察到清晰、稳定的衍射图样, 且条纹间距具有明显的不对称性; 随入射角度增大, 正负级衍射条纹具有明显的不对应分布, 即正条纹级数多于负条纹级数.研究表明: 衍射条纹级数的不对应程度与入射角有关, 随入射角的增大, 正负级数不对应程度加剧; 负级衍射条纹级数存在最大值, 超过该最大值的负级衍射条纹缺失; 理论分析和实验结果吻合较好.

推导了艾里涡旋光束在傍轴ABCD光学系统中的传输解析式, 研究了其在梯度折射率介质中的动态传输、坡印廷矢量和涡旋轨迹, 及涡旋核对艾里主波瓣和坡印廷矢量的影响.结果表明:弹道轨迹和涡旋轨迹不再是传统的抛物线, 而是呈三角函数分布; 在z=(2j+1)L/4处, 弹道轨迹和涡旋轨迹均会有奇异现象, 且在z=(j+1)L/2附近有坡印廷矢量的反转现象.在临界传输距离处, 艾里主波瓣会被涡旋核遮拦, 随着传输距离的增大, 艾里主波瓣由于自愈特性再次出现, 并绕最近的涡旋核旋转.

基于主振荡功率放大器, 采用1120 nm光纤激光器作为种子激光, 将其注入20 m大模场面积单模双包层掺Yb光纤放大器, 并用976 nm半导体激光器泵浦实现了1 120 nm信号光输出.实验中将注入种子激光功率预设为10 mW, 当半导体激光器泵浦功率增大至1.5 W时, 放大器系统开始输出1 120 nm信号光.当泵浦功率低于3.4 W时, 信号光功率随泵浦功率缓慢增长, 系统斜率效率较低; 而当泵浦功率高于3.4 W时, 信号光功率随泵浦功率线性增长, 斜率效率明显增大, 达到48.5%.限于最大注入泵浦功率为6.8 W, 放大器输出最高1 120 nm信号光功率为1.97 W, 总的光-光转化效率为29%.输出信号光中心波长为1 120.89 nm, 线宽为0.02 nm, 极好地保持了种子激光的特性.结合实验情况, 利用双包层光纤放大器的稳态理论模型, 采用有限差分方法模拟了放大器输出信号光功率随泵浦光功率的变化曲线, 结果显示理论模拟所得变化趋势与实验结果吻合良好, 系统将在泵浦功率达到200 W左右时达到饱和状态, 说明目前光纤放大器系统具有很大的功率提升空间.

为保护光纤光栅, 提出了一种镀层和光纤光栅结合良好的无粗化过程的化学镀和电镀保护方法.基于应力分析法, 得到镀镍光纤光栅的温度灵敏度公式, 采用ANSYS有限元软件分析了电镀后光纤光栅应力随温度变化关系, 并进行了实验证实.结果表明: 光纤光栅电镀后温度灵敏度理论和实验值分别为20.6951 pm/℃、22.076 pm/℃.理论分析和实验、仿真结果基本一致.相比裸光纤光栅, 温度灵敏度增加到原来的2.2倍.该方法不仅可以获得厚度理想的保护层, 还可以提高光纤光栅的温度灵敏度.

设计了一种纤芯区域由中心椭圆缺陷孔和其横排的上下两侧椭圆孔组成的高双折射率光子晶体光纤, 并在其纤芯中心椭圆缺陷孔中填充高折射率液体物质二硫化碳.利用有限元法分析了该光子晶体光纤的双折射率、功率限制因子、模场分布及色散系数特性.研究结果表明: 液芯光纤具有较高的纤芯功率限制因子, 在波长0.6~1.6 μm范围内实现了宽带大负色散系数, 在波长1.55 μm处光纤双折射率达到了6.8×10－2, 即该结构液芯光子晶体光纤同时实现了宽带大负色散和高双折射率特性.通过结构参量容差性分析得到该光纤具有较好的偏振稳定性.

在高速相干光通信系统中, 完全使用电子色散补偿时会引入均衡增强相位噪声.本文提出在已有10 Gbit/s光纤通信链路上使用电子色散补偿来补偿残留色散的混合色散补偿方案, 实现了特定通道100 Gbit/s以上高速数据传输.使用虚拟光学仪器软件仿真了在112 Gbit/s相干光通信系统中, 分别采用有限脉冲响应均衡器和重叠频域均衡器对现有光纤信道进行残留色散补偿后的系统性能.仿真结果表明:相同的抽头长度下, 有限脉冲响应均衡器相比重叠频域均衡器有更好的残留色散补偿能力, 并且有限脉冲响应均衡器均衡性能更稳定而且计算复杂度更低.因而, 有限脉冲响应均衡器相较于重叠频域均衡器更适于混合色散补偿.

设计了一种基于焦耳热的新型光纤布喇格光栅电压传感器以用于小电压的精确监测.实验中通过真空蒸镀法在光栅周围镀上一层金属镍, 并将光栅密闭封装在充满气凝胶的铜管中.电压传感通过所镀金属镍层在通电过程中产生的焦耳热引起栅区温度升高, 导致光纤光栅反射谱中心波长漂移, 从而实现电压与光纤光栅中心波长漂移量的变换.实验表明, 封装后的直流电压灵敏度达到520 pm/V2, 并可用于较低频率的交流传感, 且系统结构简单、精度高、易于实现.

采用掩模法制作周期为400 μm的长周期光纤光栅, 在其一端6 cm处镀制Ag反射膜, 制成LPFG-Michelson干涉仪.以NaClO3溶液为例, 逐次添加等量溶质, 研究基于LPFG-Michelson干涉仪快速标定特定温度下溶液饱和点的实验装置及方法.基于相位差原理, 求解纤芯、包层模本征方程, 分析了LPFG-Michelson干涉仪谱线移动随外界环境的变化规律, 参照理论计算曲线, 分析实验测得的损耗谷波长移动量随添加的NaClO3粉末质量的变化曲线, 最小二乘法拟合后, 再计算未饱和及饱和时的拟合曲线的交点, 得出NaClO3水溶液在32℃下的饱和点, 与已知文献测定值相差仅1.5%.

建立了双波长相移光纤光栅的理论模型, 对双波长相移光纤光栅的透射谱特性进行了数值仿真, 结果表明透射波长间隔会分别随相移量、折射率调制深度和光栅长度的变化而有规律地增减.借助光纤布拉格光栅的法布里-珀罗腔谐振相位条件计算了透射峰间隔的表达式, 该表达式得到的透射峰间距曲线与数值仿真得到的曲线相符合, 验证了数值仿真结果的正确性.最后, 在光栅透射谱波长间隔变化规律的基础上提出一种传感方案, 并对光栅的温度传感特性进行分析, 理论推导得到灵敏度约为60 pm/℃.

提出了一种新型全光纤LP02模宽带模式转换器.基于模式匹配原理采用双芯光纤设计, 利用LP11模作为中间过渡模式, 实现了宽带模式转换.运用光束传播法和模式耦合理论分析了光纤参量对有效折射率的影响, 选择合适的光纤参量实现了模式匹配, 分析了纤芯距离等参量对模式转换效率和带宽的影响, 对比相同光纤参量下, 直接和间接模式转换方法, 数值模拟表明, 采用间接法能够有效提高模式转换带宽, 当要求转换效率大于80%时, 这种模式转换器带宽能够达到121 nm.

为解决当前遥感图像飞机检测方法在复杂背景下准确率低, 实现旋转不变困难的问题, 结合图像稀疏表示原理, 提出一种基于稀疏表示的飞机检测算法.该算法首先利用飞机是刚性目标且具有明显几何外观的特点, 构建飞机几何原子库; 然后建立飞机轮廓几何逼近的最优化方程, 在稀疏表示原理框架下, 得到飞机轮廓最优的几何部件组合; 最后, 以星型结构的部件模型为框架, 生成待检测图像的目标显著图并根据显著图定位出飞机.实验结果表明, 稀疏表示方法能自适应选取飞机部件, 部件数目较少且不易受光照、颜色和复杂背景的影响.与现有算法相比, 本文算法准确率达90%以上, 检测速度有较大的提高.

针对信息加密系统中信息安全性不理想的问题, 提出一种基于压缩感知的光学图像信息加密方法.在发送端, 自然图像经稀疏表示、随机投影实现图像信息加密; 然后将降维后的观测值通过4F双随机相位编码光学系统进行二次加密并将其融入宿主图像, 实现信息加密及隐藏.在接收端, 图像信息经双随机相位编码技术解码, 通过正交匹配追踪算法实现原始图像信息重构.该系统能有效降低数据传输量、减小随机相位板大小.且收发方只需按照规则生成密钥而不需传输密钥, 保证了密钥的安全性.仿真结果表明: 解密恢复图像质量理想, 峰值信噪比为30.899 1 dB, 且系统能较好地抵抗裁剪、噪音污染、高通滤波、旋转等攻击, 鲁棒性强, 安全性高.

在传统离散全变差模型的基础上, 利用低维投影思想, 建立了元素可分离的全变差模型; 结合Frobenius范数, 根据图像的凸性, 提出利用凸优化方法求解元素可分离的离散全变差问题, 并将其应用于图像去噪.仿真表明:对于添加方差为0.1的随机噪音的256×256图像, 去噪后峰值信噪比可达到28.5 dB左右, 并且能有效地保持轮廓和细节, 说明该方法对随机噪音具有良好的去除能力; 通过改变迭代次数可灵活平衡计算速度和准确度以适应不同的去噪要求.

为解决目标识别技术中混合畸变目标的识别难题, 提出了一种面积极坐标变换算法.该算法利用相似图形尺寸与面积的满射函数关系和极坐标变换的旋转不变特性, 对目标与模板同时进行面积变换和极坐标变换.将面积极坐标变换算法与基于形态学膨胀的边缘加粗处理算法相结合应用于光电混合联合变换相关器, 实现了大尺度混合畸变目标的识别.以空中飞机为例, 光学相关实验表明, 该方法可显著提高混合畸变目标的相关峰强度, 旋转畸变容差为0°~100°, 比例畸变容差为100%~200%, 具有较大尺度的混合畸变容差, 扩大了识别范围.其混合畸变识别能力优于极坐标对数变换算法与综合鉴别函数法其衍生方法, 其“时间复杂度”远小于综合鉴别函数及其衍生方法.

将涡旋光应用于电子散斑干涉, 测量变形物体的离面位移.把传统的电子散斑干涉测量技术与液晶空间光调制器相结合, 将所获得的涡旋光作为参考光或者物光进行变形测量.推导出物光为平面光、参考光为涡旋光, 和参考光、物光均为涡旋光时物体变形后的干涉强度公式, 模拟计算了变形后的干涉图样, 分析了变形图样的特征.运用四步相移方法得到了物体的变形相位公式, 通过解包裹得到了物体的变形相位.模拟计算得到的三维相位分布图与物体离面位移的变形相位理论值的三维分布图相吻合.模拟实验结果表明, 涡旋光可以应用于物体的变形测量, 为变形测量提供新的途径.

空间平均型退偏要求退偏后的光束不仅具有低偏振度, 还要求避免偏振态的空间带状连续分布.为了实现光束偏振度的测量和空间退偏度的观察, 提出基于洛匈棱镜的偏振度测量方法, 理论推导了偏振度和各个光功率测量值之间的关系, 设计了实验装置, 并与全偏振度测量方法进行对比.结果显示: 两种测量方法得到的偏振度相对偏差为0.192%, 但洛匈棱镜能将o光和e光在空间分离, 能对光束偏振态的空间分布进行观测.基于洛匈棱镜的偏振度观测方法结构简单, 操作方便, 在偏振度和偏振态的空间分布的同时观测中有重要应用.

提出一种运用相对光谱的整体差异表征AlGaInP基LED结温的方法.首先使用光谱仪测量不同驱动电流、不同衬底温度下, 不同颜色AlGaInP基LED的相对光谱, 计算同一LED不同结温条件下相对光谱之间的差异, 然后分析相对光谱差异与结温变化量之间的线性度, 最后比较相对光谱差异法与峰值波长法测量的准确性.研究表明: 相对光谱差异与LED结温变化成正比, 相对光谱差异法的准确度和测量误差随光谱仪带宽的增大而增大.当光谱仪带宽为2 nm时, 其准确度优于采用带宽为1 nm的峰值波长法;当带宽为5 nm时, 其准确度与带宽为1 nm的峰值波长法相当.

为了精确提取莫尔条纹偏移量, 提出了隧道探索算法, 并将其应用于实际莫尔条纹分析.使用双光栅产生莫尔条纹, 抓拍多方向投影.应用数字图像处理技术, 追踪分析实验莫尔条纹.首先, 追踪各条纹的极大值分布, 根据条纹极大值分布挖掘条纹隧道, 调整挖掘宽度, 即像素宽度, 既实现隧道贯通, 又不干预相邻条纹.然后, 二值化莫尔图, 噪声滤波, 滤除条纹隧道壁上的噪声毛刺, 使隧道壁趋于光滑.最后, 根据两侧隧道壁的布局, 探索条纹隧道走向, 提取隧道走向数据, 获得条纹偏移量.并进一步转换为偏折角, 即光学计算机层析投影.应用非线性自适应迭代重建算法对偏折角进行迭代重建.结果发现, 最高重建截面温度是492 ℃, 额定电热器表面温度大约500 ℃, 重建截面恰恰在电热器上表面上方, 所以重建结果是有效的.

为了实现被测折射率范围可调, 提高检测灵敏度, 将双波长差分检测技术应用于平面波导激励的金属-介质-金属组成的对称型表面等离子体共振传感结构中.通过对对称结构的模式特性分析, 研究了该结构中激发等离子体表面波时, 介质厚度与被测折射率的关系及双波长差分检测的原理.采用离子交换法制备平面波导, 用费米函数拟合其渐变折射率分布.用光强调制方式, 分别进行单波长和双波长差分检测, 对折射率为1.33~1.428之间的甘油溶液进行测试, 实验结果表明, 该结构可激发等离子体表面波, 与传统平面波导激励的表面等离子体共振传感结构相比, 通过改变被测介质的厚度可以改变共振条件, 进而改变折射率的测量范围.若被测范围选择合适, 检测的线性较好, 采用差分检测方法比单波长检测方法的灵敏度提高近一倍.

介绍一种基于相位式激光测距的高动态、高准确度测距系统.系统引入光频调制技术实现激光拍频产生高频调制信号并完成信号的高速变测尺调制.在对回波信号进行鉴相时, 为降低鉴相偏差采用无窗全相位谱分析并实现对测量信号的相位计算.计算表明, 该方法可以有效抑制频谱泄露, 减小噪声对测量结果的影响, 提高鉴相准确度.实验表明该测距系统可以有效地解决相位法测距中存在的抗干扰能力差、距离模糊较难抑制等问题, 调制信号频率为100 MHz、信噪比为30 dB时测距准确度优于0.5 mm.

提出一种基于条纹反射的光学表面疵病检测方法, 检测系统由液晶显示屏、CCD相机和计算机组成.检测时在显示屏上分别显示水平和垂直两个方向正交的正弦性条纹, 用CCD相机记录经被测表面反射的正弦条纹像, 通过相移技术得到两个方向正交的相位分布和对比度分布, 通过对比度分布确定被测表面的疵病位置.被测面表面面形相关信息包含在相位分布中, 其表面疵病细节信息包含在局部微观相位分布之中.对相位分布进行多项式拟合后相减得到疵病引起的微观相位分布, 计算得到表面疵病的梯度分布, 积分得其高度分布.实验验证了该方法的可行性.

为减少噪音对散斑相位图的影响, 提出了一种无阈值的窗口傅里叶变换滤波方法.通过对窗口内条纹频率幅值扫描, 寻找条纹频率幅值的最大值作为滤波标准, 得到最佳滤波图像, 缩短了计算时间, 解决了窗口傅里叶变换滤波中需要设定阈值的问题.在无阈值窗口傅里叶变换滤波算法基础上, 对散斑条纹图像进行了滤波, 证明了该算法的可行性和良好的滤波效果, 可用于各类条纹图像的低通滤波.

针对局部地域大气气溶胶的生成、演化的特点, 在分析典型对称结构的包容性非球形气溶胶粒子的形态学特征基础上, 利用T矩阵法进行了椭球形粒子含非球形粒子的包容性粒子光散射特性计算和分析.以1 064 nm波长激光传输为例分别计算了两种典型分布状况的包容性非球形粒子的散射相函数等散射特性, 并针对稠密气溶胶大气路径上激光传输的多散射现象, 利用蒙特卡罗方法进行了典型大气状况下包容性粒子多次散射对激光信号大气传输中脉冲展宽的应用分析, 在传输3 km和5 km距离时多次散射效应造成激光脉冲峰值半宽分别为3 μs和4 μs左右.指出气溶胶的基本散射特性与粒子的形态学特征、尺度因子、化学成分及颗粒密度等有密切的关系, 其散射特性对激光信号的大气传输具有明显的影响.

为研究短脉冲激光辐照硅膜表面后的能量传输过程, 基于双温方程的计算方法以及自由电子气理论, 建立了求解能量传输方程的二维有限元模型.针对红外以及可见光波段的激光, 通过限制硅膜的大小, 有效地控制了计算的精度, 并得到电子温度与热流的时间以及空间分布.计算结果表明, 激光诱导产生的等离子体密度极大地影响了硅膜表面的反射率及光吸收系数; 通过分析电子热流密度随时间的变化曲线, 得到硅膜内部能量的传输过程; 在激光作用过程中, 硅膜内部晶格温度始终保持在熔点以下, 证明了等离子体密度是激光烧蚀硅膜的主导因素; 预测了激光烧蚀的图形, 并分析了不同波长的激光烧蚀图形与高斯曲线的关系.

为研究激光脉冲能量对激光诱导等离子体辐射特性和膨胀过程的影响, 采用ICCD相机对不同激光脉冲能量激发的铝合金等离子体进行快速成像, 并利用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析等离子体的电子温度和电子数密度随激光脉冲能量的演化规律.实验结果表明, 激光诱导等离子体呈现明显的分层结构, 等离子体的激发阈值约为3 mJ, 等离子体不同区域的面积随激光脉冲能量变化呈现不同的特征.当激光脉冲能量低于10 mJ时, 等离子体的分层结构不显著.激光脉冲能量从10 mJ增加到100 mJ过程中, 等离子体电子温度从4 980 K升高到7 221 K, 等离子体的电子数密度在1017 cm－3量级并随激光能量增加而增大且趋于饱和.

为了解决机械振动、空气流动等外界因素引起的光学参量振荡腔的不稳定问题, 利用偏频锁定技术稳定光学参量振荡腔.首先从理论上分析偏频锁定点的选取与压缩度的关系, 得出透射峰值一半的位置为最佳锁定点.然后在实验上实现了光学参量振荡腔的锁定, 并对锁定后的光学参量振荡腔进行了稳定性测量.实验结果表明, 光学参量振荡腔的腔长在2 h以内的锁定精度为7.27 nm, 最长稳定时间可达3.8 h, 能够满足对压缩光的探测需要.

将石墨烯作为宽带可饱和吸收体分别应用在1.06 μm Nd∶YAG固体激光器、2μm Tm∶YAP固体激光器以及1.55 μm掺铒全光纤激光中.石墨烯采用化学汽相沉积法制备, 以乙炔作为碳源, 25 μm厚的铜箔作为生长基体和催化剂, H2为载气, Ar为辅助气体, 在常压、1 000 ℃高温条件下进行生长.1.06 μm Nd∶YAG固体激光器实验中, 采用直线型侧面泵浦腔型结构, 当输出功率为10 W时, 得到了重复频率为360 kHz, 脉冲宽度240 ns的最短脉冲输出, 其单脉冲能量为27 μJ, 峰值功率为115.7 W; 2 μm Tm∶YAP固体激光器实验中, 使用中心波长在795 nm附近的半导体激光器作为泵浦源, 采用10%透过率的输出镜获得了脉宽为1.4 μs的最窄调Q脉冲; 环形腔1.55 μm掺铒全光纤激光器实验中, 利用1.25 m长的高掺铒光纤作为增益光纤, 当泵浦功率为100 mW时, 输出功率为10 mW, 获得了脉冲宽度314 ps的稳定被动连续锁模脉冲, 脉冲重复频率为20 MHz并验证了同次制备的石墨烯的宽带可饱和吸收特性.

基于道威棱镜扫描原理, 设计了由高速旋转电机驱动三片K字形排布反射镜组成的反射式扫描装置, 并分析了扫描钻孔准确度.结果表明: 该扫描装置可用于飞秒激光高准确度环切钻孔系统, 钻孔准确度不受光束质量影响, 钻孔扫描速度二倍于电机转速且钻孔效率高、兼容多光谱波段; 与道威棱镜系统相比, 该系统装调准确度要求低, 能避免透射系统中色散引起的飞秒激光脉宽展宽现象.测试结果显示该装置可以实现直径0.05~0.2 mm、加工准确度小于±2 μm倒锥孔的高效率加工.

基于传统混合表面等离子体波导, 提出了一种半导体纳米线和纳米金属肋混合的表面等离子体波导.采用有限元法对其模式特性进行了数值模拟, 研究了该波导的有效折射率、传播损耗、归一化模场面积等特性随波导几何尺寸的变化规律, 分析了该混合波导的增益阈值.结果表明: 该波导具有较低的传播损耗和较强的光场限制能力, 并且混合模式的最小模面积仅为0.001 52 μm2.

采用水热合成法和Stber法制备了氨基功能化SiO2包覆的Fe3O4磁性纳米微球Fe3O4@SiO2-NH2, 它与巯基乙酸修饰的CdTe量子点通过酰胺缩合反应, 将量子点键合到磁性微球上, 制备出单分散性的Fe3O4@SiO2@CdTe磁性荧光双功能微球.用透射电子显微镜、X-射线衍射仪、荧光分光光度计、振动样品磁强计表征了该纳米复合微球的结构和性能.结果表明: Fe3O4@SiO2@CdTe磁性荧光复合微球单分散性好, 平均粒径为470 nm, 饱和磁化强度为37.9 emu/g, 具有良好的超顺磁性和较高的荧光发光效率.

以含有一层kerr非线性介质的一维光子晶体为对象, 基于子层逆向递推算法, 给出了非线性反射谱一种简单有效的数值计算方法.基于此方法得到了该结构在1 535~1 565 nm范围内的非线性反射谱.当输入光强高于阈值时, 缺陷模缓慢移动并出现弯曲倾斜的多值特征.分析了上跳波长、下跳波长随输入光强的变化趋势.研究了线性周期介质和非线性介质结构参数对反射谱的影响.研究表明: 增加周期介质的周期、高低折射率比和非线性层厚度都能使缺陷模变窄, 输入光强阈值和上跳波长、下跳波长的阈值波长降低; 而非线性介质的三阶非线性系数增大时, 输入光强阈值降低, 但缺陷模宽度、上跳波长和下跳波长的阈值波长没有明显改变.这种多值特征对于设计光学开关、光学滤波器等有着重要的指导作用.

基于金属-电介质-金属结构, 提出了一种带有支节的表面等离子体T型分束器, 采用有限时域差分法研究其透射率与结构参量之间的关系.计算结果表明: 改变T型波导中支节的宽度和长度, 输出波导表面等离子体功率周期性变化; 改变支节在T型波导支路中的纵向位置, 金属-电介质-金属波导中表面等离子体分束比周期性变化; 当分束比达到最大(或最小)时, T型分束器实现表面等离子体的定向传播.此外, 采用表面等离子体干涉理论解释了分束比呈周期性变化的原因.

利用波长为800 nm, 脉宽130 fs的飞秒激光在镀铝膜的玻璃基片上刻蚀出波带环图案, 然后用溶致相分离法将其制备成聚合物分散液晶菲涅尔波带片.用波长为632 nm的He-Ne激光对聚合物分散液晶菲涅尔波带片进行测试, 结果表明:随着电压的增加该样品具有良好的光电可控性, 可以实现对焦点光强的调控.在沿光轴方向上, 测试到的主焦点位置与理论计算值相差小于5%, 且聚合物分散液晶菲涅尔波带片在160 V电压时衍射效率为10.4%, 接近理论衍射效率12.1%, 表明了该设计的可行性.

将产生算符作用在混沌场上, 构造了光子增加混沌场.利用有序算符内的积分技术和热纠缠态表象求解密度矩阵主方程的方法, 研究了振幅衰减模型中光子增加混沌场的退相干和非经典效应.通过解振幅衰减模型中的密度算符的主方程, 得到了初态为光子增加混沌场的密度算符的演化公式.计算了终态密度算符的P表示和Wigner函数, 并数值计算了耗散对其P表示和Wigner函数的影响.结果表明:随耗散时间的增长, 光子增加混沌场的非经典效应减弱.另一方面, 随光子增加数的增加, 其非经典效应也减弱.

基于cluster态具有较强的纠缠顽固性, 提出两个利用四粒子cluster态传送任意单粒子态的量子信息共享方案. 第一个方案中发送者Alice、控制者Charlie和接收者Bob共享一个四粒子纠缠态, 首先Alice对自己拥有的粒子执行一个三粒子Von-Neumann联合测量, 然后Charlie对其拥有粒子执行Z基测量, 最后Bob根据发送者和控制者的测量结果, 对所拥有的粒子做适当的幺正变换, 就能重建共享的单粒子任意态. 第二个方案利用一个辅助粒子, 发送者Alice、控制者Charlie只需做Bell基测量, Bob通过比特位翻转和幺正变换即可得到Alice传送的量子态. 与已有方案相比, 两方案信息共享的成功概率为100%, 且只需四粒子cluster态为载体, 可在目前实验室技术条件下实现.

从定量的角度评价高渗制剂与组织光学特性参量改变的关系.利用FT-IR红外光谱仪与双积分球系统, 对离体猪皮组织在促渗剂二甲基亚砜与噻酮作用下的光谱进行测量, 并运用逆倍增方法计算得到组织的光学参量.结果表明: 离体猪皮组织的光学特性参量(吸收系数和散射系数)随着高渗制剂作用时间的增加明显减小, 光在组织中的穿透深度增加.由此可知猪皮组织的光学特性参量在两种促渗剂作用下随时间发生了动态改变, 且噻酮具有比二甲基亚砜更好的清透效果.

炉渣成分的实时在线检测是目前金属冶炼企业迫切需求的一项技术.本文利用激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘回归模型对炉渣中的CaO、MgO、Al2O3和Fe进行定量分析.采用背景修正和基于等离子体成像强度的谱线归一化法对光谱进行预处理, 有效提高了光谱强度的准确性和稳定性.利用25块已知成分的炉渣样品建立偏最小二乘回归定量分析模型, 并用其预测另外5块样品成分.CaO、MgO、Al2O3和Fe预测结果的平均相对误差分别为4.7%、11.5%、17.9%和12.5%.实验结果表明, 激光诱导击穿光谱结合偏最小二乘回归方法可实现炉渣成分实时在线检测.

为深入研究南方锈病侵染玉米叶片时叶片的生化指标变化, 使用傅里叶变换红外光谱仪分别获取感染和未感染玉米叶片的光谱, 选用光谱中的特征区和指纹区吸收带分析玉米叶片中蛋白质和碳水化合物的变化情况.玉米叶片被感染后, 其光谱的酰胺带发生变化, 碳水化合物的主要吸收带变化不明显.通过对波数范围在1 800~1 480内的吸收带进行曲线拟合分析, 发现感染后的叶片中折叠和螺旋结构在蛋白质二级结构中的含量比例降低; 感染前期蛋白质二级结构中转角结构含量比例增大; 感染后期玉米叶片中蛋白质二级结构的自由卷曲结构含量比例急剧增大, 该结构在感染前期和健康叶片中均未出现.研究表明傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合分析技术可用于探索玉米叶片被南方锈病侵染时所含化学物质的变化, 为玉米抗病性研究提供重要依据.