控制光纤拉丝过程中的裸纤丝径波动是影响光纤拉丝质量的重要因素。给出了光纤拉制过程的数据模型, 分析了导致光纤拉丝中影响裸纤波动的因素, 介绍了光纤拉丝的整个过程, 进行了炉内温度场和气体流场对裸纤直径波动的采样数据测试, 并针对炉体结构、气体搭配和流量大小设计了相应的实验。实验数据表明: 通过改变加热炉、拉丝塔的结构以及惰性气体流速与配置可以减轻拉丝制造过程的扰动, 提高光纤裸纤直径波动的控制精度, 丝径波动范围从±1 μm提高到±0.5 μm。

模拟眼科诊断中常用的视标测试法，搭建了测试对象通过菲涅耳微棱镜的成像系统，使用光电探测法测试成像的分辨率，获得了不同对比度视标条件下的实验数据.实验结果表明，通过成像系统获得的实验数据与传统的视标测试法获得的临床数据具有一致性.同时，随着使用的菲涅耳微棱镜棱镜度数增大，视标对比度呈现近似等比例下降规律.实验结果分析得出，色散和衍射是引起菲涅耳微棱镜成像对比度恶化的主要原因，并提出了一种采用带有喷涂铬层的中性玻璃滤光片提高成像对比度的解决方案.

为了填补我国学术界和产业界在压贴三棱镜的国产化设计、制作以及测试等方面工作的空白, 研究了压贴三棱镜镜片结构设计理论, 并推导了压贴三棱镜镜片透过率以及畸变的计算公式, 数值模拟了不同材料、不同棱镜度数的压贴三棱镜的透过率以及压贴三棱镜的畸变情况.数值模拟结果表明: 与现有PVC材料相比, PMMA材料具有更大的阿贝系数和更小的材料吸收率, 是一种制作低成本压贴三棱镜的理想材料.利用金刚石切割工艺制作出精密的压贴三棱镜模版, 模版的表面光洁度达到14级, 并采用热压工艺, 在温度为180 ℃压力为130 kg/cm2的工艺参数下制作出不同棱镜度数的压贴三棱镜样片, 验证了以PMMA材料为基材、采用热压工艺制作压贴三棱镜的可行性.为了测试压贴三棱镜样片的实际棱镜度(Δ), 自主设计并搭建了压贴三棱镜棱镜度测量系统.实验结果表明: 对低(10Δ)、中(20Δ)、高(30Δ)三组压贴三棱镜样片的棱镜度测试结果与理论值的偏差分别为0.01Δ、0.04Δ和0.02Δ.所有样品的棱镜度偏差均符合国家医用棱镜的标准.因此, 所制作的压贴三棱镜样片具有较高的光线偏折精度, 为治疗儿童斜视疾病提供了一种高质量、低成本的产品方案.

蓝宝石材料具有高度力学和化学稳定性,因此以蓝宝石作为衬底的光盘是实现长时数据存储的有效解决方案。但是,由于单晶蓝宝石材料具有明显的各向异性,当扫描光束入射到单晶蓝宝石基底表面时会发生双折射,从而使标准的CD读取系统对蓝宝石光盘失效。针对蓝宝石材料这一特性,建立了光束在单晶蓝宝石衬底中传输的物理模型,提出采用石英补偿板来补偿蓝宝石衬底像差的补偿机制。进行了数据读取实验,结果表明,采用所述像差补偿方法能够显著提高蓝宝石光盘光学信息读取系统的读取性能。

为了解决长时数据存储的难题，开展了以数字格式在蓝宝石光盘表面写入数据的研究工作。根据艾林方程，分析了利用常用无机材料进行数据存储的数据失效时间。描述了在蓝宝石材料为基底的光盘上以数字格式记录数据的基本工艺流程，重点介绍了用于蓝宝石光盘的离子束刻蚀系统。实验结果显示，蓝宝石光盘表面刻蚀的信息坑宽度为0.6 μm，深度为0.2 μm，磁道节距为1.6 μm，符合ISO/IEC 10149:1995规定的CD-ROM格式数据存储要求，表明采用本文提出的方法实现蓝宝石光盘的数字化数据存储是可行的。此外，这种基本工艺流程不仅适用于蓝宝石光盘，同样适用于其它以高度稳定的材料(如石英玻璃)作为基底的光盘。

针对儿童斜视辅助治疗的色散问题, 提出了利用微棱镜阵列组消除压贴三棱镜中的色散现象的设计方案。通过压贴三棱镜平移光线, 用微棱镜阵列组进行色散补偿, 设计了一个新颖的组合光学系统。阐述了微棱镜阵列组色散补偿的基本原理, 并利用几何光学软件仿真了组合光学系统的色散、透过率等光学参数。点列图以及扩散函数图等仿真结果表明, 微棱镜阵列对于减少压贴三棱镜的色散有较明显的效果。

高性能X射线聚焦光学元件是实现亚微米分辨率微束X射线荧光分析系统(XRF)的关键器件。给出一种新型的微束XRF系统设计结构,介绍两种典型的X射线聚焦光学元件:X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的结构与光学参数。数值计算比较了X射线聚焦毛细管透镜和X射线组合折射透镜的光学聚焦性能。分析结果体现了X射线聚焦组合透镜作为聚焦光学元件在焦斑大小、透过率、强度增益和检测范围等方面的优势。

为了提高 Triplexer Monitor的光信号采样性能和集成度, 提出一种基于非对称锥形波导结构的波长不敏感耦合器。该耦合器采用 SiO2-on-Si掩埋型光波导结构, 位于中心部位的锥形波导构成耦合区, 与之衔接的 S型弯曲波导实现信号光的输入和输出。采用传输矩阵法分析了光监测端口输出的归一化的耦合光功率, 分析时将耦合区的中心部位作为非对称矩形波导而外侧作为对称矩形波导。利用光束有限差分传播法 (FDBPM)和 MATLAB数值仿真得出: 当耦合区中心非对称矩形波导宽度分别为 5.50 μm和 3.35 μm时, 对于 1 300 nm到 1 600 nm的输入光波长范围, 可实现光监测端口 4%～8%的归一化耦合光功率。特别的, 在 1 310 nm、1 490 nm和 1 550 nm输入光波条件下, 耦合器在输出端的分光比分别为: 92:8、96:4和 93:7, 同时 TE模和 TM模的分光比变化保持在 5%以内。所设计的波长不敏感耦合器具有体积小、可靠性高等优点, 适合与 PLC型的 Triplexer实现单片集成。

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.