Si is a promising anode material for Li ion batteries because of its high specific capacity, abundant reserve, and low cost. However, its rate performance and cycling stability are poor due to the severe particle pulverization during the lithiation/delithiation process. The high stress induced by the Li concentration gradient and anisotropic deformation is the main reason for the fracture of Si particles. Here we present a new stress mitigation strategy by uniformly distributing small amounts of Sn and Sb in Si micron-sized particles, which reduces the Li concentration gradient and realizes an isotropic lithiation/delithiation process. The Si8.5Sn0.5Sb microparticles (mean particle size: 8.22 μm) show over 6000-fold and tenfold improvements in electronic conductivity and Li diffusivity than Si particles, respectively. The discharge capacities of the Si8.5Sn0.5Sb microparticle anode after 100 cycles at 1.0 and 3.0 A g-1 are 1.62 and 1.19 Ah g-1, respectively, corresponding to a retention rate of 94.2% and 99.6%, respectively, relative to the capacity of the first cycle after activation. Multicomponent microparticle anodes containing Si, Sn, Sb, Ge and Ag prepared using the same method yields an ultra-low capacity decay rate of 0.02% per cycle for 1000 cycles at 1 A g-1, corroborating the proposed mechanism. The stress regulation mechanism enabled by the industry-compatible fabrication methods opens up enormous opportunities for low-cost and high-energy–density Li-ion batteries.

为了提高抗反射硅表面制备的加工质量、缩短研制周期，提出了一种基于时频域处理的面向激光加工过程的声波信号在线监测及分析方法。利用声信号的时频谱图分析了0~30 kHz内的声信号与激光烧蚀形成的表面微结构特征尺寸之间的相关性，具体分析了激光功率及加工次数对微结构深度及声信号各频率幅值变化的影响。以声信号作为输入，基于人工神经网络对加工质量进行预测。实验结果表明：通过监测激光加工时产生的声信号能够明确反映被烧蚀硅表面是否形成周期性微结构，且微结构宽度不同，其对应的声信号频率组成也不同。在微结构宽度固定的情况下，归一化后的声信号特征参数随微结构深度线性变化，且受到激光功率变化的影响忽略不计。以硅基表面5%的反射率作为加工质量分界线，采用人工神经网络对加工质量的预测结果与实际测量结果的准确率可以超过90%。结果表明：声波在线监测可以有效应用于评估表面加工质量，为抗反射硅表面制备过程的实时监测提供了理论依据。

在宽波段内减少反射以提高透射或吸收对于提高光学元件及光电子器件的性能至关重要。受自然启发，亚波长结构具有良好的宽带减反射性能。基于此，提出了一种新型的类锥亚波长结构以增强宽波段减反射。采用等效介质理论与时域有限差分法，对基底表面亚波长结构的等效折射率与减反射能力的关系进行了分析。通过对比蛾眼、圆锥及圆柱等不同结构的等效折射率对应的宽波段减反射性能，发现两种介质之间的等效折射率线性过渡无突变时减反射能力更优。以此提出了一种类锥结构设计方法，将该方法设计的三种结构与蛾眼结构在300~1100 nm波段进行了垂直入射下的表面反射率仿真分析，结果显示，该系列结构的平均反射率比蛾眼结构降低了约70%。此外，在可见光、近红外波段选取两个特征波长进行了宽角度（0~60°）下的反射率研究，结果表明，该系列结构的宽角度平均反射率均低于蛾眼结构，其中四棱类锥结构在两个特征波长下的平均反射率比蛾眼结构分别降低了62%和40%。采用此方法设计的系列结构比普通亚波长结构具有更佳的减反射效果，在超精密光学芯片、片上光集成、片上光互连等领域中具有潜在的应用前景。

提出并研究了一种基于二模-单模光纤复合型微纳光纤Sagnac环（TS-MSL）的高灵敏度光纤温度传感器。TS-MSL采用两段单模光纤中间熔接一段二模光纤并经熔融拉锥制备而成，基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料进行封装。实验结果表明，TS-MSL的光场干涉增强效应结合PDMS材料的光热敏感特性，有效提升了微纳光纤的温度感知能力，实现了高灵敏度温度传感。相比于普通单模微纳光纤Sagnac环，该光纤传感器的温度灵敏度提升了120倍，高达8.13 nm/℃。该传感器具有较高的灵敏度，在有毒气体和腐蚀环境等特殊场合的精确温度监测中有较大的实用价值。

针对复杂障碍环境下的多机协同侦察任务规划问题开展研究。首先, 针对不同侦察任务需求, 构建传感器探测、有效持续侦察时间、复杂多边形障碍等数学模型; 随后, 综合考虑持续侦察时间和障碍规避约束, 提出了一种面向复杂障碍环境的多机协同侦察规划分层求解方法, 通过分层细化有效降低多机协同侦察问题的求解复杂度; 最后, 考虑无人机运动学约束, 提出了一种基于贪心策略的启发式路径规划算法, 能够在规避障碍物的同时获得尽可能短的可行路径。仿真结果证明了提出算法的有效性。

在光束传输系统中，通常存在由于传输介质引起的能量与频率成反比的宽带扰动和平台振动引起的在某个特定频率点的窄带扰动，使得光束发生抖动或漂移，造成光斑能量下降。为了解决光束传输系统中由大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动引起光束抖动，设计了基于高速倾斜反射镜谐振补偿的混合自适应滤波器的光束抖动控制方法。该方法采用最小均方（LMS）自适应滤波器与经典的比例-积分控制器并行工作的控制结构，分别利用LMS自适应滤波器对高频率、大幅度的窄带扰动进行抑制，比例-积分控制器对宽带扰动进行抑制，从而实现了对大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动的同时抑制。实验结果表明，本文提出的系统结构和控制方法能够有效地抑制光束传输系统中的光束抖动。