本文采用胆甾相液晶诱导的方法制备手性多孔高分子薄膜, 通过将向列相液晶与不同种类有机溶剂按照不同比例混合后填充入薄膜中以探究具有一维周期性螺旋结构的薄膜对溶液的敏感性。结果表明, 基于聚合物网络的形状记忆效应和强大的界面锚定作用, 聚合物薄膜对溶液都有响应并呈现出选择性反射。由于液晶与溶剂不同配比混合溶液产生的平均折射率差异, 薄膜的反射带迁移可达140 nm。此外, 不同溶剂与液晶按照相同的比例混合填充后重构样品的反射带差异也较为明显。具体来说, 所选用的乙酸丁酯溶剂的折射率仅比乳酸丁酯溶剂的折射率小0.03, 但薄膜的反射带中心波长却相对红移约20 nm, 进一步的实验表征和分析表明, 这一现象归因于聚合物薄膜的溶胀度会随着溶剂与聚合物薄膜两者之间的溶度参数差值而改变, 即溶剂与聚合物的溶度参数越接近, 溶剂越容易扩散进入聚合物薄膜中, 并使其体积膨胀, 从而螺距产生更大的拉伸, 由此导致反射带发生相对红移。因此, 这种柔性反射膜是具有溶液敏感性的。

本文通过在倾斜螺旋胆甾相液晶中引入光敏手性分子, 设计了一种光响应倾斜螺旋胆甾相液晶体系。在电场和光场的协同作用下, 螺旋结构的选择性反射可以实现从可见光到近红外区域宽光谱动态域调控。倾斜螺旋结构的反射光谱调谐范围与体系初始螺旋扭曲力相关, 通过调节手性材料的浓度, 倾斜螺旋胆甾相液晶在电场作用下实现了从可见光到近红外区域约580 nm较宽光谱范围的反射带调节。同时, 在固定电场下, 通过调节非偏振紫外光场的功率获得了覆盖整个可见光区域以及近红外区域约530 nm的光谱调控, 其中光调控特性主要取决于光场产生的热效应以及偶氮基团的光致异构效应。此外, 由于倾斜螺旋结构的电场依赖性, 通过调制电场的强度可以控制倾斜螺旋胆甾相液晶反射带光场调制区间。

扭曲-弯曲向列相是一种手性向列相, 具有纳米级螺距的倾斜螺旋结构。由于其负弯曲弹性常数、纳米级螺距以及非手性分子形成手性结构等性质, 引起了世界各地科研工作者的广泛关注。本文回顾了扭曲-弯曲向列相研究的发展历程, 重点介绍了对扭曲-弯曲向列相的特征、性能、分子运动、分子基团的研究, 阐述了扭曲-弯曲向列相在外场作用下微观结构的变化以及对扭曲-弯曲向列相的理论及模拟研究的发展现状, 并探讨了扭曲-弯曲向列相液晶的应用前景和发展趋势。本文从材料的特性、性能、应用等方面对扭曲-弯曲向列相液晶进行综述, 旨在让广大读者对这种特殊液晶光学材料的相关研究有比较全面的了解, 以此激发读者对扭曲-弯曲向列相液晶材料在相态结构、理论模拟乃至应用领域等方面更多的研究灵感。希望本文能够起到抛砖引玉的作用, 从一定程度上对该领域的研究发展有所促进。

为提高近场捕获的能力与灵活性，研究了一种利用镀膜光纤探针对纳米微粒进行近场捕获的方法。采用麦克斯韦应力张量和三维时域有限差分方法建立了近场中纳米微粒的作用力模型，通过光阱力与其他作用力的比较讨论了近场捕获的稳定性，并根据各轴向光阱力的分布情况分析了纳米微粒的捕获尺寸与捕获位置。结果表明，只有当微粒尺寸小于探针孔径时才存在捕获效果，探针尖端不同位置出现不同捕获过程，在光阱力的作用下微粒最终被捕获至孔径边缘并形成圆状分布。结合纳米定位与检测方法，设计了全光纤低损耗的光纤探针近场捕获系统，并对120 nm的聚苯乙烯微粒进行了捕获实验。结果表明，采用极低的激光功率能把粒径为激光波长1/7的纳米微粒捕获至光纤探针尖端，并形成内径与探针孔径一致的圆环状分布。该计算与实验结果为近场纳米操作的实验研究打下了基础。

基于动量守恒原理，结合麦克斯韦应力张量和三维时域有限差分方法,建立了近场空间内激光光镊对纳米微粒的光阱力计算模型.分析了光纤探针型近场光镊的近场分布以及操作纳米微粒时各轴向光阱力的分布情况，并探讨了光纤探针尖端的捕获尺寸、捕获位置和操作稳定性.结果表明:微粒应处于光纤探针针尖的近场空间内才可实现稳定可靠的纳米操作，不同尺寸的微粒具有不同的捕获效果，且随初始位置的不同微粒的捕获位置亦不同.计算结果为激光近场光镊纳米操作装置的设计和制造提供了理论基础.

本文针对纳米材料的纳米操作，提出了一种复合激光近场光镊与AFM 探针进行纳米操作的方法，并基于动量守恒原理，采用三维时域有限差分方法建立了该方案中激光近场对纳米微粒的作用力模型，分析了各轴向光阱力的分布情况，讨论了两探针间距离、针尖材料的电导率、入射平面光场的偏振方向、入射角和波长等参数对近场光阱力的影响。结果表明：位于耦合光场中特定位置的微粒可被捕获至固定位置，所需的捕获功率大大低于传统光镊所需的捕获功率；为实现稳定的纳米操作，光纤探针与AFM 探针的距离应保持在孔径范围内，两探针的相互位置应保持成垂直关系，同时应选用短波长的捕获激光，并保持激光偏振方向与AFM 探针轴线的匹配。本文设计的近场光镊与AFM 探针相复合的纳米操作系统，能大大扩宽近场光镊和AFM 系统在纳米操作上的应用范围。