铷87的双光子光谱具有高信噪比、无多普勒展宽、窄线宽等特点。构建了基于⁸⁷Rb原子双光子跃迁的光学频率参考，分析测试了影响其短期稳定度的因素。利用778 nm外腔半导体激光器激发双光子跃迁产生420 nm荧光信号，通过荧光信号锁定激光器频率。探讨了谱线线宽、信噪比、功率、温度相关的谱线展宽、光频移、系统结构稳定性和调制宽度等对频移和稳定度的影响。采用螺栓锁紧结构固定光学元件，大幅改善了光学对准引起的稳频误差，通过直接调制激光器电流实现了秒级稳定度为1.5×10^-12、500 s稳定度为2.88×10^-13的光学频率参考。与其他基于饱和吸收的光学频率参考相比，构建的基于⁸⁷Rb原子双光子跃迁的光学频率参考的稳定度提高了10~100倍。光学对准对于提高荧光探测信噪比和优化长期稳定度具有重要意义。验证了内调制实现双光子光学频率参考的可行性，并提出了进一步优化短期稳定度和长期稳定度可采用的技术方案。

以标准商用石英音叉(QTF)为测声模块的石英增强光声光谱(QEPAS)技术是近年来发展迅速的一种痕量气体检测技术。 标准商用QTF拥有的小体积, 高Q值, 高共振频率的特性使QEPAS技术具有结构紧凑且对环境噪声免疫的特性。 但传统商用QTF狭窄的振臂间距以及较高的共振频率, 使其无法在光源光束质量较差或被测气体弛豫率较低的情况下被很好的应用于QEPAS系统。 为克服上述难题, 非标准商用QTF(f0≠32.7 kHz)被设计制作并越来越多的被装配于QEPAS系统中。 因此, QTF共振频率对QEPAS系统信噪比的影响需要被详细研究。 以水汽为目标气体, 采用二次谐波调制解调技术研究了QTF共振频率对基于QEPAS技术传感器性能的影响。 实验结果表明, QTF共振频率的变化对QEPAS系统的输出信号及噪声均有显著影响且QTF共振频率与QEPAS系统信噪比之间存在反比关系。 上述结论对QEPAS系统中非标准QTF的设计及使用均具有重要的指导价值, 对该类传感器的研发及应用意义重大。

提出了正弦脉宽调制和相位编码结合的一种三维形貌测量方法。这种方法离焦投影编码的两种条纹到被测对象上, 使用相移算法, 由正弦脉冲宽度调制条纹得到截断相位, 由相位编码条纹解码得到条纹级次, 从而恢复测量对象的三维形貌。实验结果证明了该方法有两个优点: (1) 轻度离焦滤除了谐波从而能降低测量误差; (2) 基于相位的编码方式能测量表面反射率不一物体。

基于推广的对称群方法和符号计算，一些变系数非线性薛定谔方程的有限对称群解得到了研究。 在推广对称群的基础上，对超定方程组分3种情况讨论，构造6种对称变换，并推导出标准的(3+1)-维非线性薛定谔方程和(3+1)-维变系数非线性薛定谔方程之间的关系。 利用对称变换，从标准的(3+1)-维非线性薛定谔方程解中得到了(3+1)-维变系数非线性薛定谔方程丰富的精确解。

半导体制冷技术作为一种高效的温控措施在许多精密温控领域得到了推广应用。国内外早有针对半导体制冷器的众多研究,但大多将半导体的内热源简化为均匀热源。为了剔除上述简化带来的分析误差,遵循焦耳热为半导体内非均匀内热源这一事实,提出了一种基于分离叠加原则的工程求解方法。首先构建线性常微分方程的分析模型,符合分离叠加原理,其次分别讨论各种边界条件下的热流量和温度场分布,最后,基于传热学第一类边界条件,通过叠加方法得到半导体内热流量和温度场的稳态分布,并取方程特征解验证了上述方法的可行性。

由于衍射极限的存在，在亚波长尺度实现对光的调制一直是光学研究的难点。近年来，随着微加工技术的进步，基于表面等离子体和纳米天线的金属亚波长结构光调制器件有望成为解决这一难题的有效途径之一，然而该类光调制器件目前还很难实现外部调制。石墨烯是近年来被广泛研究的一种新型材料，其独特的二维蜂巢晶格和能带结构，使其具有外部可调的光学性质，因此，有望借助石墨烯材料实现金属亚波长结构光调制器的外部调制。主要介绍了结合石墨烯和金属微纳结构的光调制器的最新研究进展。

相干合束是获得高功率、高光束质量激光的一种重要方法.为了分析光纤激光合束的特点,通过对相干合束不同传输距离光强分布特点的模拟对比,研究了光纤激光阵列结构、相位随机抖动、光纤间距、传输距离等因素对相干合成的影响,分析了相干合成时桶中功率随传输距离的变化.结果表明,相干合成时,不同光纤激光阵列结构在传输距离较近位置光强分布差别很大;随着传输距离增加,光强分布基本都接近高斯分布;轴上点光强分布极大值个数和阵列结构环数紧密联系;各光束之间的随机相位差越小,相干合成效果越好.这些结果对光纤激光相干和束的实验研究有一定的参考价值.

以耦合波理论为基础，提出了基于最速下降原理的过模波导器件迭代设计方法，并提出了结构控制技术和多频设计技术来满足结构特性和频响特性需求。该方法能够对过模波导器件进行统一有效设计。设计了中心频率为35 GHz、半径为13.6 mm的TE01-TE11模式变换器，采用多频设计技术，相对带宽可达到13.6%，相比于单频设计方法，带宽增加了2.3倍。

针对模式转换器设计中在相同的中心频点转换效率下模式转换器越短带宽越宽的传统观点, 研究发现了最佳长度的存在, 即当结构长度大于最佳长度时, 带宽随着结构长度增加而减小, 当结构长度小于最佳长度时, 带宽随着结构长度增加而增加。通过对中心频率35 GHz、半径13.6 mm的TE01-TE11模式转换器进行的验证发现, 最佳长度为550 mm, 此时带宽达到最大值6.28%。

在传播常数随半径变化的情况下近似分析了两模转换条件，得到了模式转换器的初始结构，然后调用迭代法进行优化，最终能得到结构紧凑、带宽较宽、转换效率高的模式转换器。设计了两周期的Ka波段和一周期的W波段TE01TE02模式转换器，带宽(转换效率95%以上频带宽度)分别达到2.47,8 GHz。CST仿真结果与耦合波仿真程序计算结果吻合较好，验证了该方法的有效性。