针对小目标在整幅图像中占比很低，且目标周围存在大量杂波，提出了一种基于联合方向梯度（Associated Directional Gradient，ADG）和均值对比度（Mean Contrast，MC）的红外弱小目标检测算法。该算法由两个模块组成：ADG利用红外弱小目标的高斯分布模型，将单一方向的梯度与一个相邻方向上的梯度相加组成新的联合梯度特征，增强真实目标、抑制背景杂波的同时能够消除高亮边缘对目标检测效果的影响；MC融入方向信息来计算目标的多方向对比度，选用多方向对比度的最小值抑制结构噪声，并将均值滤波的思想引入对比度的计算，抑制背景中的孤立噪声，进一步降低检测的虚警率。在实际红外图像上的实验结果表明，该算法在增强目标信噪比和抑制背景噪声方面，能够取得较好效果。

过渡金属硫族化合物及其范德华异质结在光电探测方面具有重要的应用前景。近年来，基于光电导效应、光诱导栅控效应、光伏效应、光-热电效应等机理的器件被提出并广泛研究。其中，基于光诱导栅控效应的过渡金属硫族化合物平面型光电器件因其与晶体管相近的器件结构、工艺兼容性以及较高的光电探测响应率而备受关注，然而往往存在响应速度慢、不施加栅压时暗电流大等缺点，制约了器件性能的进一步提升。因此，针对过渡金属硫族化合物光诱导栅控型光电器件，如何提高其响应速度、降低暗电流成为亟需解决的重要问题。该研究通过实验构建石墨烯/MoS₂/h-BN/石墨烯垂直异质结构，在传统石墨烯/MoS₂异质结中插入宽禁带h-BN势垒层以抑制器件暗电流，同时利用光照条件下光生载流子的FN隧穿效应提升器件的光电响应速度。该研究成功实现了皮安量级的暗电流以及相对较快的光电探测响应速度（响应时间约为0.3 s），相比于传统石墨烯/MoS₂异质结器件（响应时间约为20 s）有近两个数量级的提升，同时验证了基于FN隧穿效应的范德华垂直异质结构对于增强光电探测性能的积极作用。

近年来，因为体现出诸多异常拓扑现象，外尔超材料一直备受关注。此前的研究表明外尔超材料的反射场具有偏振转换特性。然而，关于反射本征态的讨论却不够深入，原因在于入射电磁场与反射电磁场处于不同的态空间，给分析计算带来了诸多不便。文中从电场为极矢量、磁场为轴矢量的基本特性出发，通过引入镜像算符将入射态空间与反射态空间联系起来，最后对全反射界面的本征态进行了明确的定义。依据上述定义，笔者对外尔超材料的反射本征态进行了计算，结果显示：在入射电磁场为线性偏振的前提下，外尔超材料的反射本征态均为线性偏振态。反射本征态为线性偏振态，这一性质是由系统能量守恒与洛伦兹互易性共同保证的。经过进一步探讨发现，当动量空间的路径绕外尔点一圈时，本征态的电磁场方向旋转角度为90°。这也意味着如果电磁场要回到初始状态，动量空间的路径需绕外尔点4圈。这一现象的拓扑结构可以类比为四阶莫比乌斯环。此外，依据反射本征态为互相垂直的线性偏振态这一特性，笔者定义了旋转角度θ用以描述本征态朝向的变化规律。值得一提的是，这种计算方法不仅仅适用于外尔超材料，满足条件的全反射界面的反射本征态均可以依照上述定义与方法进行分析求解。