报道了一种新型双板条离轴混合腔激光器。这种激光器结构通过改变传统的冷却方式和采用特殊的谐振腔设计,将使从第一块介质板条高温一侧出射的激光对称地进入另一块板条的低温一侧,从而可对由于温度分布不均匀造成的波面畸变进行一定程度的自校正,减少热效应的影响,可望提高激光器的输出功率和光束质量。利用快速傅里叶变换(FFT)对这种激光器的近场、远场以及相位等模场特性进行了数值计算。分析了波面畸变对输出光束质量的影响,并与常规双板条激光器进行了比较,结果表明这种新型双板条离轴混合腔激光器可以实现一定程度的波面畸变自补偿,从而获得更好的输出光束质量。

报道了一种新型激光二极管(LD)端面抽运Nd∶GdVO4微片激光器,测量了抽运输入功率与激光输出功率的关系,激光阈值功率为83 mW,在2 W的抽运功率下得到860 mW的1.064 μm基横模连续激光输出,光-光转换效率为43%,最大斜度效率达到47%。

为扩展可调谐TEA CO2激光器的输出波长范围,增加差分吸收雷达可探测的物质种类,采用13C16O2代替激光器工作气体中的CO2成分。计算了TEA13C16O2激光器在Ⅰ波段两个分支上的小信号增益系数分布。利用平面光栅单色仪,在小型快调谐TEA13C16O2激光器的Ⅰ波段共测到了32条谱线的能量输出,输出范围为10.663～11.347 μm。与采用普通CO2作为工作气体的情况相比,激光器谱线输出范围在长波长方向上有很大扩展,输出的最长波长由CO2的10.74 μm增大到11.347 μm。测得TEA13C16O2激光器的最高输出能量为107 mJ,并给出了Ⅰ波段典型谱线脉冲的半峰全宽。

报道了利用非线性光纤环形镜(NOLM)锁模运行的掺Yb3+光纤激光器的实验研究。获得了脉冲宽度234 ps,中心波长1053 nm的锁模脉冲激光输出,光谱带宽6 nm,输出功率2.05 mW,重复频率3.842 MHz。该锁模光纤激光器的工作中心波长可在1030～1081 nm范围内调谐,锁模过程可以完全自启动,几乎不受外界环境变化的影响,可长时间稳定锁模工作,完全可以作为微焦耳级单脉冲能量光纤激光放大系统前端种子源使用,而且有望成为其他科学研究工作的中心波长可调谐的宽带锁模光纤激光光源。

提出了一种基于狭缝投影的位置传感技术,阐述了此技术的传感原理及其在精密定位中的应用。准直激光束照明的投影狭缝由一个透镜以掠入射角度投影在被测物体上,狭缝投影经过被测物体表面的反射和另一个透镜的成像在探测双缝上形成投影狭缝像。探测双缝放大成像在双像限探测器上,投影狭缝像透过探测双缝的光强分别被双像限探测器的两个像限所接收,通过检测双像限探测器两个像限上的光强获得被测物体的位置。实验验证了此传感技术的可行性,其位置重复测量偏差小于32 nm(1σ)。

波长转换器是光通信网络中的一个重要器件。而除半导体光放大器(SOA)外,半导体激光器也是进行波长变换的一种很好选择。基于半导体激光器的注入锁定波长变换技术具有转换带宽较大、啁啾小、消光比特性好、结构简单、成本低廉等诸多优点。将探测光与信号光同步注入法布里-珀罗(F-P)半导体激光器,可以通过信号光功率的变化控制激光器锁模与失锁,导致腔内纵模变化,探测光随之被共振放大或减弱,从而将信息由信号光转换到探测光频率上。从静态实验入手,对半导体激光器的注入锁定现象及光信号控制法布里-珀罗纵模移动等问题分别进行了研究。分析了动态转换激光器工作点的选取问题,在动态实验中实现了较宽范围的正相与反相波长转换,转换速率达到了10 Gb/s。

实验探索了较低氩气气压下激光产生的条件。利用X射线二极管(XRD)测量了毛细管放电激励类氖氩46.9 nm软X光激光的输出。在其他实验参量不变的情况下,改变主脉冲电流的波形,比较了激光尖峰与背景光的相对位置。实验结果表明,当氩气气压为23 Pa时,激光产生时间相对于不同的电流上升沿是一个在小范围内基本稳定的值,约为40 ns左右；激光尖峰产生于背景光的峰值附近,表明激光尖峰是产生在等离子体被压缩到轴心后的停滞阶段。实验结果证实了只有当等离子体的电子温度、电子密度同时在最佳范围时才能产生软X光激光,并且主脉冲电流对等离子体压缩加热到合适产生激光的电子温度需要一个相对固定的时间；这个时间与主脉冲电流前沿的快慢无关。

色散管理孤子光波系统的色散图周期由具有正负色散值的两段光纤组成,并且在系统中周期性放置集中放大器及滤波器装置。采用变分法获得了描述此种系统性能的常微分方程组,并利用这组方程数值研究了各种参量对孤子传输性能的影响。研究结果表明,虽然从整体趋势上看,当要求色散管理孤子有较好的稳定性时,应适当降低系统的色散管理强度,但在一定条件下,调整光纤放大器的位置以及正负色散光纤的色散差值,可同时获得相对较大的色散管理强度和好的孤子稳定性；总体来讲,集总放大器的位置会对孤子传输的稳定性、色散管理孤子的能量增强因子、脉冲最佳入射位置以及波分复用系统中的信道间的孤子碰撞致定时抖动等系统性能参量产生较明显的影响,可通过优化放大器的位置使系统的性能得到优化。

将千赫兹高功率全固态Nd∶YAG激光器的增益介质当作厚透镜处理,使用矩阵的方法对等效热透镜腔进行分析。采用多条半导体激光列阵侧向紧凑抽运结构设计,提高了增益介质光抽运的均匀性。根据实际抽运功率,通过模拟计算,设计了平-凸非稳腔。选择的凸面全反镜的最佳曲率半径有效地补偿了增益介质热透镜效应,激光器实现了动态稳腔运转,激光脉冲能量输出斜度效率大于13%,光束发散角优于1.3 mrad。

获得了在超声分子束条件下,305.0～325.0 nm波长范围内三氯乙烯及四氯乙烯的(2+1)共振增强多光子电离/飞行时间质谱(REMPI-TOFMS)。在此波段,三氯乙烯分子通过双光子跃迁至3d里德堡态再吸收一个光子电离而后解离成CCl+等碎片离子,四氯乙烯分子则经历了π到3p德堡态的(2+1)多光子过程。实验分别获得两种氯代乙烯分子电离解离后产生的碎片离子CCl+的分质量光谱及光强指数。研究表明,该波长范围内三氯乙烯的最佳检测波长为310.8 nm,四氯乙烯的最佳检测波长为322.5 nm。根据CCl+信号强度与样品浓度的线性关系,实现了这两种环境污染物的低浓度探测,探测限可达到μg/L量级。

锁模固体激光器的激光输出脉冲的频率和强度随激光器的噪声出现非常大的波动,限制了激光器系统在许多方面的应用。理论上分析了被动锁模Cr4+∶YAG激光器的噪声形式和产生原因,从被动锁模Cr4+∶YAG激光器的脉冲传播方程出发,得到了带噪声的非线性薛定谔方程,依据这个方程的类孤子解,推导出被动锁模Cr4+∶YAG激光器腔内在噪声影响下脉冲的振幅和相位波动的线性扰动方程,对这个方程作了逼近解,得出振幅和相位波动的表达式和相应的噪声谱,可对实际的被动锁模Cr4+∶YAG激光器输出脉冲的噪声进行控制。

通过求解二能级系统含时密度矩阵元微分方程,对原子系统在共振和近共振情形下的激光共振增强多光子电离(REMPI)过程中的光电离几率进行了理论推导与分析,得到了光电离几率的解析表达式；研究了氧原子经共振态2p34p(2+1)共振增强多光子电离的电离几率与激光脉宽、激光光强及失谐量等参数的关系；给出了共振情形下电离饱和与激光脉宽和激光光强之间的关系式。计算结果表明,对于近共振情形(Δ较小),激光脉宽和强度一定时,电离几率随着失谐量的增加而减小；当失谐量一定时,光电离几率随光强的增加而增加,光强增加到一定程度时光电离几率出现饱和。对于共振情形(Δ=0),激光光强越大,电离几率随脉宽增加的幅度越大。

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器波长调谐特性,获得被测气体在特征吸收光谱范围内的吸收光谱,从而对污染气体进行定性或定量分析。通过该方法对环境空气中甲烷(CH4)的含量进行了长时间的监测。以室温下工作的近红外可调谐半导体激光器作为光源；使用多次反射池增加吸收光程来提高检测灵敏度；并且使用了二次谐波检测技术进一步降低了检测限,使检测限低于0.087 mg/m3,满足了对环境空气中甲烷进行监测的需要。

利用光子晶体光纤(PCF)在10 Gb/s光传输系统中对普通单模光纤中传输的光脉冲进行了色散补偿,获得了很好的补偿效果。实验中,10 Gb/s光脉冲序列经过2.163 km普通单模光纤被展宽后,利用26 m长光子晶体光纤对其进行色散补偿,补偿后脉冲基本恢复到了初始形状。进一步的理论计算表明,此光纤在C波段20 nm波长范围内对普通单模光纤能够实现较好的色散斜率补偿,补偿后剩余色散小于5 ps/nm。理论与实验结果表明光子晶体光纤在色散补偿方面具有很大的潜力,在未来光通信系统中将发挥重要作用。

提出了一种新偏振模色散(PMD)补偿的方法,直接从被补偿光纤中提取偏振色散矢量的大小和方向信息,根据算法调节偏振模色散补偿器的各参量,使得补偿器的快轴与被补偿光纤的慢轴对准,从而使得偏振模色散得到补偿。这种方法的优点是减少了搜索的自由度。建立了40 Gb/s偏振模色散前馈补偿系统,并通过数值模拟,对40 Gb/s的非归零(NRZ)码的偏振模色散进行了自适应补偿。通过对补偿前后的眼图、偏振度(DOP)和Q值进行对比和分析,结果表明,这种偏振模色散补偿的前馈方法是非常有效的。

分析了一种基于布拉格光纤光栅(FBG)的高效方便的谐振频率检测系统。布拉格光纤光栅作为传感器粘贴在悬臂梁表面探测其振动,密集波分复用器(DWDM)作为波长解调器件通过透过率曲线获得布拉格光栅反射光的相对中心波长位移。通过计算机处理数据采集卡采集的实时信号获得悬臂梁多阶谐振频率。结果显示,在与传统的加速度传感器测量谐振频率进行比较时,两者结果很好地吻合。光纤光栅传感系统测得所需的1～4阶悬臂梁谐振频率在频谱上的信噪比均大于20 dB,系统的应力动态测量精度为2.45×10-9 ε/Hz,表明该系统能够有效地测量谐振频率。

提出了一种能够测量高温的光纤布拉格光栅(FBG)传感器结构。利用线膨胀系数和长度均不同的两种金属细杆和光纤布拉格光栅设计而成的传感头,能够将被测温度转化为光栅的应变,解调由应变引起的光栅波长漂移,即可得知待测的温度。目前在实验室实现了500 ℃的动态范围和1 ℃的温度分辨率,实验结果与理论分析一致。

提出了一种基于光纤环形镜的全光脉冲整形器。该全光脉冲整形器利用波分复用器将控制光脉冲引入光纤环形镜中,控制光脉冲由于交叉相位调制在信号光上产生了非线性附加相移。信号光在耦合器中发生干涉,经过整形的信号光脉冲从脉冲整形器的出射端出射,信号脉冲的波形由非线性附加相移的波形决定。实验中,利用对控制脉冲光谱整形和啁啾展宽的方法来对控制脉冲进行时间脉冲的整形,该全光脉冲整形器实现了对单纵模激光的脉冲整形,同时实现了飞秒脉冲和单纵模整形脉冲的精确同步。在理论上数值计算了该全光脉冲整形器的输出特性,理论计算结果和实验结果相一致,并为“快点火”实验提供了一条可行的技术途径。

采用三种不同的双光记录方案进行了LiNbO3∶Fe∶Ni晶体全息存储实验,详细研究了饱和衍射效率、固定衍射效率、动态范围和记录灵敏度,以及退火条件对记录的影响。结果表明,氧化LiNbO3∶Fe∶Ni 晶体的饱和衍射效率、固定衍射效率和记录灵敏度比其他报道的双掺杂LiNbO3晶体高。结合掺杂能级图,理论分析了LiNbO3双掺杂晶体深陷阱中心能级的相对位置及其微观光学参量对全息记录性能的影响。LiNbO3∶Fe∶Ni晶体有望成为一种新的高效率非挥发全息存储材料。

从理论上分析了重铬酸盐明胶经过全息曝光制作而成的体积相位全息光栅产生表面起伏时光栅介质层介电常数的变化,严格分析了体积相位全息光栅有表面起伏时所形成的既有折射率调制,又有浮雕调制的复合型光栅的衍射特性,并编制程序进行了计算。为了证明程序的正确性,还用所编制的程序计算了一种已知衍射效率光栅的衍射效率,并得到了满意的结果。进而分析了表面起伏、光栅介质层厚度、折射率调制度对体积相位全息光栅衍射效率的影响,并且对它们所产生的影响进行了比较,得出了在获得较大+1级透射率的情况下,表面起伏、光栅介质层厚度、折射率调制度的误差容限,这对体积相位全息光栅的制作有一定的指导意义。

在气压为10 Pa的惰性气体Ar环境下,采用XeCl准分子激光器(波长308 nm),调整激光单脉冲能量密度为4 J/cm2,激光烧蚀电阻率为3000 Ω·cm的高纯单晶Si靶,在玻璃或Si衬底上沉积制备了纳米Si晶薄膜。实验中靶和衬底间距离保持为3 cm,对衬底既没有加温也没有冷却。拉曼(Raman)谱测量结果表明,所制备的薄膜中已有纳米Si晶粒形成。保持脉冲总数不变,分别取激光脉冲频率为1 Hz,3 Hz,10 Hz和20 Hz,相应沉积时间约为10 min,3.3 min,1 min和0.5 min,采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得样品的表面形貌,不同脉冲频率下的结果比较显示,脉冲频率越大,制备的纳米Si晶薄膜的平均晶粒尺寸就越小,晶粒尺寸分布也越均匀。沉积动力学过程的非线性是导致实验出现该结果的原因。

介绍了一种检测光学薄膜表面总积分散射(TIS)分布的总积分散射仪。对仪器的基本结构、理论基础、测量原理以及系统性能等进行了阐述,提出了抑制系统噪音和提高测量精度的有效措施。利用该仪器对K9基底上的银(Ag)膜和氧化锆(ZrO2)薄膜进行了测量,并根据标量散射理论得到了表面均方根(RMS)粗糙度。利用光学轮廓仪和原子力显微镜(AFM)分别测量了上述Ag膜和ZrO2薄膜的表面均方根粗糙度,并与总积分散射仪所得的粗糙度进行了比较。结果表明,根据测量的薄膜表面总积分散射计算得到的表面均方根粗糙度与光学轮廓仪及原子力显微镜测量得到的表面均方根粗糙度符合得较好,相差在0.01～0.13 nm范围内。

用有机半导体并五苯作为有源层,聚四氟乙烯作为绝缘层,采用全蒸镀方式在真空室一次性制备了正装结构的有机薄膜场效应晶体管(OTFT)。薄的有机绝缘层使得器件工作在低电压下,有机薄膜场效应晶体管易于与显示像素(有机发光二极管(OLED))集成在同一个透明的刚性或者柔性衬底上。研究了有机薄膜场效应晶体管的源漏接触电阻和沟道电阻对器件性能的影响,结果表明接触电阻是影响器件性能的主要因素。在透明的玻璃衬底上实现了有机薄膜场效应晶体管对同一衬底上100 μm×200 μm红色有机发光二极管的驱动。

提出了一种基于半导体激光单模光纤组件同时测量直线导轨四自由度误差的新方法。以单一准直的激光束作为测量基准,用角锥棱镜和分光器分别作为直线度误差、角度误差测量的敏感器件,实现了水平和竖直方向直线度及俯仰角、偏摆角四个自由度误差的同时测量。分析了系统的测量原理,进行了稳定性、重复性以及与美国API 5D测量系统比对实验,理论分析和实验结果表明,系统测量直线度的分辨率小于0.1 μm,角度的分辨率小于0.5″,在测量距离为2 m的条件下,直线度、角度测量精度分别为±1.0 μm/m,±0.5″。测量方法具有结构简单、移动部分不带电缆和现场测量方便等优点。

对基于马赫-曾德尔(Mach-Zehdner)干涉仪的聚合物电光系数测量方法进行了分析。提出了改善性能的方法并进行了讨论。采用光纤干涉仪代替空间光学干涉仪对样品电光系数进行透射式测量,采用压电陶瓷(PZT)片调节测量系统的工作点实现反馈控制,有效地减小了法布里-珀罗(Fabry-Perot)谐振效应的影响；通过精确控制光纤干涉仪干涉臂长差和合理选择光纤耦合器的耦合比,可以提高干涉的可见度,从而提高系统的测量精度。实验结果表明,系统的干涉可见度为0.84,可分辨的最小相位变化约为6×10-6 rad。

从理论和实验上研究了多层介质膜光栅掩膜特性,用严格耦合波(RCW)法对由光栅掩膜槽形和多层膜介质基底引起的衍射效率的变化进行了理论分析,计算得出不同形貌下的光栅掩膜的反射0级光谱衍射效率分布。在实验检测方法上,采用了0级反射光衍射效率分布来进行槽形判断,并将实验结果和理论计算进行了对比。结果证明使用该方法研究光栅掩膜形貌在一定程度上是有效的。

为了减小激光外差干涉纳米测量的非线性误差,必须明确检偏器旋转误差对非线性误差的影响机理与消除方法。通过分析激光外差干涉检偏器旋转误差对非线性误差的影响,推导出检偏器旋转误差对非线性误差一次谐波和二次谐波的影响模型。仿真结果表明,当存在激光束椭圆偏振时,检偏器旋转误差对非线性误差的影响很小；当存在偏振分光镜旋转误差时,检偏器旋转误差引起的非线性误差不增加二次谐波分量,但增大了非线性误差一次谐波分量,严重影响非线性误差的大小,当偏振分光镜旋转误差为3°时,检偏器旋转误差从0°增加到5°,非线性误差从0.14 nm增大到0.97 nm。

由于等离子体密度梯度和机械振动的存在,对于密度在1013～1016 cm-3范围的等离子体,通常需要采用外差式干涉仪进行小相位检测。包括Z箍缩、等离子体枪等在内的脉冲等离子体持续时间通常在数十纳秒到1 ms,而机械振动等因素引起的相位移动的周期大于1 ms,根据这种现象,采取40 mW的He-Ne激光器,迈克尔逊式光路,外差式记录系统和相位跟踪的方法,建立了一种高灵敏度干涉仪。干涉仪的最高灵敏度约为0.5°,空间分辨和时间分辨分别为1.4 mm和250 ns,成功测量的最低等离子体密度为1014 cm-2。该干涉仪结构简单而且可以获得连续的时间分辨,能较广泛地用于持续时间较短的等离子体密度测量。

使用约化后的双温方程(DTE)对超短激光脉冲烧蚀铜薄层的过程进行了数值模拟；基于超短激光脉冲烧蚀过程中电子与晶格的温度不平衡性,分别模拟了这两个系统的温升过程,并由此得到了单脉冲烧蚀深度；通过变化激光能流,研究了脉冲能量对烧蚀深度的影响。模拟结果表明,随着激光能流的增加,相变爆炸引起的喷射出现得越深,同时材料烧蚀深度越大；理论计算与实验结果相吻合。

用有限元分析法模拟计算Al2O3/GaN的激光剥离,分析了采用不同能量密度脉冲激光辐照时GaN材料内的瞬态温度场分布。采用波长248 nm的KrF准分子激光器对Al2O3/GaN样品进行激光剥离实验,实验结果与有限元数值模拟结果一致。分析了影响GaN材料温度场分布的因素,在激光光源一定的条件下,温度随时间和深度变化较快。在实现激光剥离时,脉冲激光的能量密度应不低于阈值条件,但为了避免温度过高对器件产生损伤,脉冲激光的能量密度存在上限。多脉冲激光辐照时,脉冲频率是另一关键参量,计算得到了不同能量密度的脉冲激光辐照时频率的选取范围。

针对真实细胞与细胞球形模型在实际光散射法检测中的差异,根据细胞的类别特征,建立了有核细胞的双椭球模型取代了细胞的球形模型；引入形体参数物理特征量和胞质厚度特征参数,以瑞利-德拜-甘斯(Rayleigh-Debye-Gans)理论为基础,系统讨论了形体变化和胞质厚度变化对细胞光散射幅值分布的动态影响；应用Matlab软件对其影响进行了数值计算,分别建立了细胞形体参数物理特征量和胞质厚度特征参数变化对细胞光散射幅值分布函数影响的线性数学关系和非线性数学关系,并由此关系提出了相关的修正方法,为有效地提升细胞分析的技术水平和提高细胞检测结果的准确性提供了理论依据。