综述了近年来基于光纤端面集成金属光子结构传感器的发展状况。按照等离激元共振方式和传感器探测原理的不同, 将其分为基于表面等离激元共振(SPR)的光纤传感器、基于局域化表面等离激元共振(LSPR)的光纤传感器、基于杂化型等离激元的光纤传感器以及基于表面增强拉曼散射(SERS)效应的光纤传感器。对各类传感器的制备方法、光物理学原理及探测性能进行了概括、对比和总结。

为了深入研究氮化镓薄膜的压电效应和机械特性, 基于气体直接吸收红外辐射的原理, 将基于氮化镓悬空隔膜的充气微腔红外传感器项目作为背景, 以氮化镓/铝镓氮薄膜作为敏感单元, 在材料力学以及压电效应方面, 采用有限元分析软件ANSYS 14.0进行了理论分析和验证, 取得了薄膜形状、厚度和面积等尺寸与压电薄膜输出电压以及薄膜灵敏度的逻辑关系数据, 验证了薄膜力-电信号转换机制可行性。结果表明, GaN薄膜材料具有良好的压电特性以及线性度, 有助于对探测器输出信号进行准确的预测, 并进行温度补偿, 突出GaN材料在应用中的优势。此研究对设计性能良好、灵敏度高的微腔红外传感器是有帮助的。

研究了多层Ti/Al结构电极对GaN/AlGaN HEMT欧姆接触特性及表面形态的影响。采用传输线模型对各结构电极的比接触电阻率进行了测量，采用扫描电子显微镜对电极表面形态进行扫描。实验结果显示，在同样的退火条件下，随着Ti/Al层数的增加，比接触电阻率逐渐减小，表面形态趋于光滑；降低Ti/Al层的厚度会加剧Au向内扩散而增加比接触电阻率，但能稍微改善表面形态；Ti比例过高会影响TiN的形成导致比接触电阻率增加，但能明显改善表面形态。

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有大的禁带宽度、高电子饱和速度、异质结界面的高二维电子气浓度、高击穿电压以及高的热导率，这一系列特性使它在高频、高功率、高温等领域得到了广泛的认可。本文首先论述了制约氮化镓高电子迁移率晶体管器件性能提高所遇到的问题及解决方法；然后，着重从优化材料结构设计和器件结构设计的角度，阐述了氮化镓高电子迁移率晶体管器件在高频高功率领域的最新研究进展；最后，讨论了器件进一步发展的方向。

为了提高数字全息显微中的重建精度及速率, 采用理论分析与实验验证相结合的方法, 对数字全息显微中基于同态信号处理的广义线性重建算法进行了理论分析, 比较了同一物场在不同物光与参考光强比条件下的实验结果。结果表明, 随着参考光与物光光强比的不断增大, 广义线性重建算法再现像质得到明显改善,但当这一比值增大到一定值时, 再现像质量则逐渐下降。寻找合适的物光、参考光光强比, 是利用数字全息广义线性重建算法实现高质量再现像的重要条件。

为了提高预放大数字全息显微系统的成像质量，采用理论分析与实验验证相结合的方法，分别对采用平面及球面参考光记录的预放大数字全息显微系统进行了研究和比较。结果表明：在通常的实验条件下，系统的横向分辨力主要取决于显微物镜的成像分辨力;记录距离较小时，两种系统的横向分辨力均随着记录距离的增大略有降低;但当记录距离较大时，球面参考光预放大数字全息系统的横向分辨力降低得更为明显，即平面参考光预放大数字全息显微系统较为优越;在记录距离为0的情况下，即像面数字全息成像情况下，两种系统的再现像均具有最高的分辨力，在利用普通工业用传感器条件下，横向分辨力远超过了2.19 μm，且像质较好。因此，尽可能减小全息图的记录距离，或者采用像面数字全息系统，可以有效提高数字全息系统的成像分辨力。

为了快速准确地对含有噪声的包裹相位图进行相位展开, 采用理论分析与计算机模拟及实验验证相结合的方法, 对基于快速傅里叶变换(FFT)的四种典型算法--四次FFT算法(4-FFT)、二次FFT算法(2-FFT)、四次离散余弦变换算法(4-DCT)及横向剪切干涉与FFT相结合的算法(LS-FFT)作了对比研究。结果表明: 2-FFT算法运行速度最快, 4-FFT算法次之, LS-FFT算法速度最慢; 4-FFT算法对含有较强噪声和轻微欠采样的实验数据的处理效果是最好的; LS-FFT算法对强噪声数据的处理效果最差。

为了快速、准确地再现球面参考光预放大数字全息图的三维信息，采用理论推导和实验验证相结合的方式，对等曲率物光和参考光预放大数字全息显微系统的相位畸变补偿问题进行了研究。推导了该系统的点扩展函数，进而获得了物体再现光场的复振幅及相位畸变表达式，利用估测的相位掩模对再现光场相位畸变预补偿后进行相位解包裹，结合自动相位补偿方法获得待测样品较为准确的相位分布。对人体血红细胞进行了实验研究，结果表明，利用相位掩模对再现光场进行预补偿，一方面可以避免相位解包裹的错误，另一方面还可以有效消除再现光场的二次相位畸变，以实现利用单次自动相位补偿方法获得光场正确的相位分布。

为快速、准确地对中药饮片细胞进行形貌表征，采用理论分析与实验验证相结合的方法，对球面参考光像面数字全息显微术进行了研究。结果表明，通过适当调整参考点源的位置，球面参考光像面数字全息显微术可以准实时地消除显微物镜引入的二次相位畸变，利用自动相位补偿算法能够快速、有效地消除因参考光偏离光轴带来的一次相位畸变，准确再现样品的相位信息。基于研究结果，利用所建立的球面参考光像面数字全息显微术对中药饮片蒲黄细胞进行定量成像，由相位分布给出了细胞的大小及形貌特征。

为了提高数字全息成像系统的成像分辨力，对以球面波作为参考光波的预放大数字全息成像系统的记录和再现过程进行了理论推导，得出了该系统的脉冲响应表达式，并由此分析了决定该系统成像分辨力的因素。在CCD成像分辨力高于显微物镜分辨力的情况下,通过对分辨力测试板进行实验，讨论了系统分辨力与记录距离的关系。结果表明：再现像的分辨力对记录距离不敏感；但在记录距离为零，即像面数字全息系统下，再现像具有更高的分辨力。实验结果与理论分析一致。