基于电介质-旋电介质的磁表面等离激元（SMPs）模型，从色散方程出发，理论分析了存在表面波时旋电介质介电张量和电介质介电系数的关系，以实现单向传输的SMPs。提出Ce∶YIG/Ag超构旋电材料，根据有效介电张量理论构造满足SMPs条件的旋电介质的介电张量。分析了电介质-旋电介质表面波的色散特性，利用有限元方法对电介质-超构旋电介质模型的传输特性进行了仿真计算，在施加常规磁场（0.2 T）情况下实现了工作于近红外波段的SMPs单向传输，并在该结构中引入缺陷。仿真结果表明该SMPs单向波导具有很好的鲁棒性。

采用高温熔融-热处理技术, 以Cs2O、PbI2和NaI为CsPbI3量子点前驱体, 制备了CsPbI3量子点掺杂硼硅酸盐玻璃。X射线衍射和透射电镜观察表明, 在玻璃内部析出了CsPbI3量子点。随热处理温度上升或B2O3含量的增加, 发光峰和吸收边出现红移, 荧光强度和量子产率先增大后减小, 量子点的荧光衰减寿命逐渐增长。进一步分析表明, 随着B2O3含量增大, 玻璃中二维(2D)网络结构增多, Cs+、Pb2+和I-移动能力增强, 有利于CsPbI3量子点析出和表面缺陷钝化。CsPbI3量子点掺杂硼硅酸盐玻璃的可调谐红光发射, 在可见波段激光器和白光LED等领域具有潜在应用。

在激光投影、结构光和光束整形等特种照明或光电应用中,常需要一个非成像光学系统来实现特定的配光设计。建立一个配光方程来描述该光学系统,并通过对光束、光学面和目标面的离散化处理,利用子面光程K与目标点能量E之间的映射关系得到程能映射下的配光方程。尽管程能映射中相邻子面光程之间存在复杂的非线性竞争,但K与E之间存在良好的单调映射关系,这为引入深度神经网络来拟合程能映射提供基础。利用深度学习实现配光方程逆问题的求解,获得所需要的自由光学曲面。以英文字母和阿拉伯数字为训练集,输入点阵规模为28×28,通过对三层神经网络进行多维度调参和训练,实现了相应字符照度分布的光学曲面设计。光学仿真结果的结构相似度达到了99.97%,这表明深度神经网络通过学习可以记住(或存储)各个字符的光学曲面,相当于建立了一个高效且可扩容的智能光学字符库。基于复杂介质建立的基础配光方程可为现有配光方法提供一个基础理论框架,有助于形成非成像光学理论的系统性表述。

提出一种由石英和硅纳米束构成的周期性超表面结构。利用相位分布呈周期性梯度变化的特点,可实现垂直入射光的特定角度偏转,偏转角度可通过改变硅纳米束宽度和周期进行调节。仿真结果表明,当偏转角度在±45°范围内,偏转效率超过60%,远场发散角为3°左右。所提结构简单,结合可调激光器、波分复用器组成光束扫描装置并通过改变波长可实现光束角度扫描。所提结构可应用于大角度范围的固态光束扫描。

光功率密度和温度监测在工业生产和日常生活中具有重要意义, 依据PbSe量子点具有较高热光系数的特性, 设计了一种PbSe量子点作传感材料的全光纤马赫-曾德尔型传感器, 并在不同光功率密度和不同温度条件下对该传感器进行测试。实验结果表明：对波长为473 nm的光源光功率密度灵敏度达到1.455 nm·(mW-1·mm2), 温度灵敏度达到0.67 nm·℃-1。不仅实现了高灵敏度温度传感器, 而且也为PbSe量子点制作热光型光器件打下了基础。

光学仿真是白光LED照明设计中的一个重要方法, 但色度分布的光学仿真中计算量太过庞大, 以致在一般计算条件下无法得到可靠的仿真结果。为解决这一问题, 本文利用色度转换关系和逐点法计算色温, 引入数值拟合和像素合成两种处理方法, 有效降低了光学仿真结果的涨落。通过对处理结果和实验结果在照度和相关色温两方面的对比, 两种处理方法的有效性得到证明, 大幅提升了基于色度配光的光学仿真计算效率。

结合配焦椭流线法和梯度算子，提出了一种针对LED 扩展光源的自由反射曲面优化设计方法，其中配焦椭流线法负责生成自由反射曲面，梯度算子实现逐代优化。以线度为5 mm 的LED 扩展光源的轴对称均匀投光为例，完成了单个光滑连续自由反射面的设计和优化。光学仿真结果表明，优化前初级照度均匀度约为0.77，而优化后达到0.98，效果良好，并具有向非轴对称自由反射曲面设计拓展的可能性。

以PbSe量子点作为激活增益介质，在由量子点掺杂光纤、波分复用器、光纤光栅等组成的全光纤环形谐振腔中，实验首次观测到了波长为1550 nm、稳定连续的激光振荡。在980 nm激光二极管(LD)抽运下，发现了明显的抽运激励阈值。低于激励阈值时，没有激光；高于激励阈值时，激光输出功率随激励功率线性增大。激光输出为多模，通过光纤弯绕方式可选出单模输出。对于50 μm纤芯直径的多模量子点光纤，当入纤抽运功率为68 mW时，实测激光输出功率为19.2 mW（多模）和6.31 mW（单模），激光的3 dB线宽小于0.1 nm，抽运效率分别为28%和9.3%。

利用非成像光学中流线法和同步多曲面(SMS)法，设计一种具有发散角小、均匀度好和光效高的LED准直器。设计中由复合抛物面(CPC)完成初级配光，将朗伯光源±90°的发散角缩小到±45°，再以SMS法设计的多重自由反射曲面实现准直均匀配光，并由光学扩展量给出准直器的理论光效，最后引入平顶宽度、平顶光效和平顶均匀度等的定义，以更好地反映准直光束质量。光学仿真结果表明，准直器的发散角小于±2.26°，整体光效达到0.79，理论与仿真光效的误差小于2.5%，在0.9平顶宽度范围内光斑均匀度大于等于0.9，平顶光效为0.56，效果良好。

基于边光原理和椭流线理论提出了均分配焦椭流线的非成像光学设计方法，通过对LED光源的能量均分、椭流线虚实焦点的配对和光学仿真优化三个规范步骤实现了应用于LED匀光管均匀配光的菲涅尔反射器的光学设计.分析了光源、反射器和投射目标面三者之间的复杂关系，为LED照明设计的优化提供了方便.仿真结果表明,LED匀光管管壁照度的均匀度超过0.93，有效降低了LED光源的眩光性.