1992 年 Allen 等认识到光子可以携带轨道角动量 (OAM), 其表现为波前的螺旋相位分布。由于其独特的光场分布以及其拓扑荷理论上可取任意整数等特性, OAM 光束在超分辨成像、高密度数据编码等领域具有重要作用。对微纳尺度下 OAM 光束与物质相互作用新机制的研究, 有望为现代光子器件以及多维光与物质相互作用等领域提供新的思路和方法。介绍了本课题组利用 OAM 光束在纳米结构上实现多维信息复用以及 OAM 光束拓扑荷的探测技术, 并对纳米尺度 OAM 光束的应用进行了展望。

激光诱导表面周期结构由于其周期相关的光栅衍射特性在明场下显示出鲜艳的结构色，备受研究人员的广泛关注，而微纳结构在显微镜暗场显示的颜色通常容易被忽略。本文报道通过飞秒激光对氧化铟锡薄膜加工形成双周期光栅结构，利用其在明场和暗场的观察下具有不同的颜色特性实现图像加密应用。通过控制飞秒激光的偏振、脉冲能量和扫描速度在氧化铟锡薄膜上形成与偏振和波长相关的亚波长周期光栅，通过控制激光加工线条行间距形成大周期光栅。本文研究了激光加工能量和加工线条之间的间距对其形成双周期结构在明场和暗场显色的影响，利用不同加工参数结构在明场和暗场下显示不同的颜色实现图像加密。激光直写加工可以快速制备大面积区域，有望在商品防伪、图案装饰、超表面设计等方面发挥潜在的应用价值。

超快激光具有极短的脉宽和极高的峰值强度,已被广泛应用于等离激元纳米材料的加工。在极高的激光功率密度下,等离激元纳米材料中的自由电子吸收入射光子能量成为热电子,然后通过电子与晶格的耦合作用使得晶格温度升高,诱导等离激元纳米材料产生光热形变。根据激光功率密度与熔化沸腾阈值的关系,综述了等离激元材料的三种光热形变——阈值熔化、表面原子扩散和激光烧蚀的不同原理;同时还介绍了等离激元纳米材料超快激光光热形变在多维光存储、结构色彩色打印和信息加密隐写等领域的应用。

随着信息时代的到来，日益增长的海量数据对数据存储技术提出了高容量、高安全性和高存储时长等要求。常规的磁存储技术难以满足这些要求，面临着前所未有的挑战。随着激光器的发明和纳米技术的快速发展，基于金纳米棒与读写激光相互作用的五维光存储技术应运而生，其存储密度高和寿命长的特点能够满足上述要求。本文将总结如何从结构物质的角度来实现读写激光物理维度的复用和多进制存储以及如何从结构光的角度来实现超分辨存储。本文还将讨论进一步提升五维光存储容量的方法，并对这种技术的未来发展方向进行展望。

提出了一种新的绝缘子串红外图像中绝缘子盘面和钢帽区域自动提取方法: 通过红外图像预处理、特征提取、角度校正和区域提取 4个步骤实现自动提取。该方法首先将现场拍摄的绝缘子红外图像进行灰度化处理、去噪、二值化; 然后从二值图像中提取反映绝缘子的特征集合; 通过特征集对二值图进行角度校正; 最后通过区域提取中的特定算法提取出绝缘子的盘面和钢帽区域。该方法经过了某 220 kV变电站的实验验证, 证实了提取结果的正确性和实用性。