基于金属-电介质-金属(MDM)波导侧向耦合倾斜半环形谐振腔结构, 提出了一种结构紧凑且具有高灵敏度响应的折射率传感器模型。 引入与水平方向成70°角倾斜分布的半环腔, 可以有效地打破波导耦合谐振腔结构的对称型, 激发出更多的谐振模式。 采用有限元法计算出了含金属挡板MDM波导结构耦合有效半径为185 nm的倾斜半环腔结构的透射谱线, 三个具有非对称Fano线型的共振透射峰分别出现在594, 868及1 734 nm的波长位置。 透射峰值对应的模场分布揭示了三个透射峰分别对应于半环腔中的三阶、 二阶和一阶谐振模式, 记为FR3, FR2及FR1。 基于半环谐振腔内的1～3阶窄带谐振模与波导内金属挡板产生的宽带反射模之间的耦合干涉效应解释了透射谱线中的非对称Fano透射峰的形成机理。 同时基于半环腔中的类FP谐振条件推出了折射率传感灵敏度的近似解析计算公式, 揭示了折射率传感灵敏度近似与腔长L呈正比关系, 与谐振阶次m成反比关系的规律。 通过改变介质层中的折射率参数, 得到了透射峰FR3, FR2及FR1的折射率传感响应灵敏度分别为550, 840及1 724 nm·RIU-1。 最后在保持曲率半径不变的前提下, 延伸半环腔的弧长构建了开口角为π/2的开口环形腔结构, 实现了腔长L的1.5倍增长。 数值计算表明开口环形腔耦合MDM波导结构中的三重透射峰折射率传感灵敏度进一步提升到821, 1 250及2 517 nm·RIU-1, 相对半环腔结构均近似实现了1.5倍的提升。 数值结果进一步验证了近似解析公式的有效性。 研究结果为实现结构紧凑的高灵敏度折射率传感器设计提供了理论基础。

在金属光栅覆盖分布式布拉格反射镜（DBR）双层结构中，利用金属与DBR交界面上的塔姆等离激元（TPPs）能够激发金属光栅狭缝内的表面等离激元（SPPs）的法布里-珀罗（F-P）谐振，由此产生的能量局域有助于感知狭缝内填充介质的折射率参数。为了进一步提升TPPs的激发效率，实现高灵敏度折射率传感，本文提出在金属光栅底部引入金属膜层构建金属光栅-金属膜-DBR的三层复合结构，采用有限元法分析了膜层厚度对复合结构透射谱线的定量影响。仿真结果显示，随着金属膜层厚度的增加，透射峰的谱宽单调减小，而峰值透射率呈现先增大后减小的变化趋势，在膜厚为12 nm时最大，相比无膜层结构，光谱峰值透射率提升约29%。在此基础上通过改变光栅占空比及金属光栅高度，分析了光栅狭缝中三到五阶类F-P谐振模对应的透射峰的传感性能指标。结果表明，随着占空比的减小，各阶谐振模透射峰的灵敏度显著增大。当选择占空比为60%时，四阶和五阶谐振透射峰的传感灵敏度分别升至171.20 nm/RIU（灵敏度单位）和178.35 nm/RIU。此外，改变金属光栅的高度可以实现折射率探测区间近乎线性移动，当光栅高度从900 nm增大到1200 nm时，基于三到五阶谐振模式的探测区间可以有效覆盖从1.00到2.27的折射率区间。本文的研究结果为利用TPPs进行折射率传感提供了一种有效的设计思路。

设计了一种调节精度可配置的可变光衰减器结构，通过流体恒压泵驱动薄膜弹起，将流体压力/压强调节转化为光纤微位移控制，实现对接光纤横向位错及光学衰减。使用多物理场耦合与三维时域有限差分的方法对结构模型进行分析，并利用精细加工技术实现了器件的制作。通过对薄膜厚度的选配，实现了光强耦合效率的精度可调配置。理论分析和实验结果表明，选用合适的膜厚得到本衰减器的插入损耗为1.24 dB，可变衰减范围大于60 dB，波长相关损耗小于1 dB。当设定可变光衰减器的光衰减动态范围分别为10 dB和40 dB时，配置0.5 mm薄膜厚度的调节精度分别优于0.04 dB和0.11 dB；当膜的厚度增加时，调节精度会更高。

子孔径共相位作为光学综合孔径成像的关键技术之一，其成像相位调制的精度要求小于0.1λ(λ为入射光波长)。为满足高精度要求并兼顾大调节范围，利用压电陶瓷管内的填充透明液体构造液体光学调相器，通过压电效应在通光方向产生的微量电位移进行光学相位调节。实验使用波长为632.8 nm的迈克耳孙干涉仪装置，采用定线灰度化图像处理方法，在0～28.0 V电压下检测到调相器的调相范围为0～4π(外加电压为150.0 V时可拓展至0～20π)，调相精度达到λ/36，满足光学综合孔径子孔径相位调制的要求。

设计了一种基于介电润湿效应的叠加式液体透镜，分析其对含有曲率误差、倾斜误差和活塞误差的畸变波前的校正能力。采用COMSOL软件构建叠加式液体透镜模型，仿真模拟了不同电压组合下液体界面面型的变化情况，获得该叠加式液体透镜内双液体界面的变化范围；采用ZEMAX软件，借助点扩散函数变化，分析该透镜对波前任意点处曲率误差、倾斜误差和活塞误差的校正能力。结果表明：该叠加式液体透镜可以实现同时对不同类型畸变波前的校正，相应的峰谷值(PV)由校正前19.7853?下降到校正后0.18?，均方根值(RMS)由校正前5.6638?减小到校正后0.0355?，斯特列尔比(SR)由校正前的接近0值提高到0.962的较理想状态。

为解决仿生复眼系统不能自适应变焦的问题，提出了一种基于介电润湿液体透镜曲面阵列的可变焦仿生复眼系统。分析系统结构对成像性能的影响，计算系统的自适应变焦能力及相应像平面可移动范围。结果表明：系统成像的视场角随着基底曲率的增大而增大。相比于非均匀透镜阵列，均匀透镜阵列可明显降低系统的离焦像差。适当减小子透镜单元尺寸，也可以达到降低边缘透镜离焦像差的目的。当物距或者接收器位置发生改变时，通过调整子透镜单元焦距降低系统的离焦像差。系统接收器可移动范围为1.9 mm~15 mm。

为实现结构紧凑且具有较高品质因数的纳米级折射率传感器，文章提出了一种含金属挡板的金属-电介质-金属(MDM)波导与U型谐振腔侧边耦合的等离激元波导结构。利用有限元分析法，定量分析了结构参数和介质折射率对该结构透射谱线及折射率传感品质因数(FOM)的影响。研究结果表明，U型腔中的二阶谐振模式产生谱宽较窄的离散态透射谱，而带有金属挡板的MDM波导形成较宽的连续态透射谱，两者相干叠加激发具有反对称线型法诺(Fano)共振。经过结构参数扫描分析得到优化后的波导结构折射率传感灵敏度可达800 nm/RIU，FOM可达47 382。该结构可以为纳米尺度的折射率传感器设计提供有效参考。

为了校正由活塞、倾斜和离焦而引起的波前误差,设计一种基于介电润湿效应的三液体透镜阵列。根据介电润湿的理论,构建介电润湿三液体透镜阵列模型,仿真模拟液体界面的面型随着电压的变化过程,并分析三液体透镜阵列对活塞误差、离焦误差和倾斜误差的波前补偿能力。仿真结果表明,三液体透镜阵列可以实现对不同类型波前误差的校正和补偿,峰谷值由补偿前的1.838λ减小到补偿后的0.285λ,方均根值由补偿前的0.424λ减小到补偿后的0.053λ,斯特列尔比由补偿前的0.161提高到补偿后的0.917。相关研究结果表明,三液体透镜阵列在无机械波前校正的领域中有着广阔的应用前景。