利用同轴结构实现纳米粒子光学捕获，研究不同偏振光对光势阱的影响，并通过优化结构参数实现圆偏振下的等离激元涡旋场模式。研究结果表明：该同轴结构在线偏振光750 nm处透射率最大，并且在入射光强为1 μW/μm²时势阱深度达到17kBT；圆偏振光在同轴结构上方形成涡旋场，能量流势阱深度为8kBT。所设计的同轴结构扩大了光场作用范围，优化了光梯度力作用方向，提高了捕获低浓度小尺度粒子的效率。该研究结果对于低浓度生物分子光学捕获具有一定的参考意义。

药物片剂中气孔体积与药片在自然状态下的总体积之比被称为孔隙率。 药物片剂在生产过程中, 由于原料的理化性质、 人为因素和环境因素的影响, 气孔的形成是不可避免的。 孔隙率是药物片剂的一个重要特性, 孔隙率的大小会影响片剂的崩解、 溶解和生物利用度。 目前常见的药片孔隙率检测手段如压汞法、 氦比重法、 红外光谱法等等, 均无法实现药片孔隙率的无损、 快速检测。 为此提出一种利用连续太赫兹波对单个药物片剂进行孔隙率检测的方法, 分别用两种标准规格的平面药物片剂作为研究对象, 使用矢量网络分析仪在500～750 GHz的频率范围内测量通过每个药片传输的信号, 从测得的S参数中提取出每个片剂的包裹相位值, 然后对包裹相位值进行相位展开和校正以得到片剂的真实相位值, 并通过计算药物片剂与空气的相位差得到药片的有效折射率。 同时使用零孔隙率近似(ZPA)的理论模型将药片有效折射率和孔隙率联系起来。 使用矢量网络分析仪测得并计算两种药片的孔隙率与采用气体置换法测量的标准孔隙率的相对误差分别为7.3%和5.3%, 实验结果表明利用连续太赫兹波检测药片孔隙率的方法具有可行性。 太赫兹波检测药片孔隙率的方法简单、 实用, 并能做到无损、 快速检测, 为今后药物片剂制造生产中的快速、 灵敏和无损孔隙率测量工作奠定基础。

设计了一种基于D形光子晶体光纤（PCF）的新型等离激元传感器，用于检测低折射率的微小变化，并通过有限元法（FEM）对其性能进行了数值分析。与传统D形PCF不同，本文提出在D形光纤截面处刻蚀C型凹槽通道，并涂覆Au层来激发等离激元。C形凹槽通道的设计可以增强纤芯的能量泄露以及光纤芯模和等离子体模的耦合强度。在Au层上方增覆一层TiO₂介电层，可以增强对金属层的保护和提高传感器的灵敏度，将PCF表面等离谐振（PCF-SPR）传感器的工作波长范围扩展到红外区域，仿真结果得到的最大灵敏度为24236 nm/RIU。该传感器可以有效监测低折射率的微小变化，对于生物医学和有机检测及相关应用具有潜在的价值。

设计了一种近红外与太赫兹双波段局域场增强结构，由微米级矩形槽结构与纳米级双圆盘结构构成。利用微米级矩形槽结构实现太赫兹共振增强，同时将纳米级双圆盘结构与其相结合实现在近红外波段的光学捕获，并采用时域有限差分法对结构进行仿真分析。研究结果表明：双波段局域场增强结构在0.63 THz处有谐振峰同时具有强的局域场增强，最大电场增强1800；在近红外波段入射光强为1 mW/μm²时，势阱深度达到30kBT，可以实现粒子的稳定捕获。该研究结果对生物大分子太赫兹振动谱探测具有一定的参考意义。

太赫兹（THz）波位于微波与红外光波之间，现有微波和光波段波导技术应用正在向THz波段拓展。但是，由于水汽对THz波的强吸收及制造工艺等原因，THz器件主要是平面结构，而THz源及其传输需要用矩形波导。因此，矩形波导与共面波导之间的转换结构成为决定元件和系统性能的关键部分。该设计利用脊波导进行阻抗匹配及电磁场模式转换，实现THz波矩形波导到共面波导的高效率耦合。结果表明，在0.2~0.4 THz频段内，该转换结构的传输系数(S₂₁)高于−3 dB，可以对THz电磁场进行高效率转换。该结果可用于太赫兹分子探测、太赫兹通信等领域，为0.2 THz以上太赫兹的模式转换提供了一种可行方案。

设计一种基于anapole模式的高灵敏度传感器，由金属反射层、SiO2薄膜和开槽硅圆盘构成。利用硅纳米阵列中的anapole模式激发金属反射层以产生等离子体共振，通过模式匹配和相邻结构之间的耦合可以在周期性纳米结构中产生尖锐的共振峰。采用时域有限差分法对结构进行仿真分析，研究不同参数对传感器灵敏度的影响。仿真结果表明，纳米结构可以显著增强局部电场，同时降低能量的吸收率。利用圆偏振光可以在纳米结构周围实现自旋-轨道角动量的转换，有利于对神经递质等生物分子的传感。

传统的成像系统由于需要凸透镜等镜头元件,成像系统的厚度和成本较大。为了使成像系统变得更加紧凑、成本低,无透镜成像系统迅速发展,例如无透镜显微镜。利用偏振片采集偏振信息,并利用双面透明胶带替代凸透镜,结合计算成像技术,构建了一个无透镜偏振计算成像系统。系统地介绍了该系统,并通过实验证明该系统可以实现拍照功能,采集到的偏振图像符合马吕斯偏振定律。基于散射元件的无透镜偏振成像系统可以有效地减小相机的厚度和成本,并且可用于偏振图像的采集场合。

利用表面等离子体改变材料吸收光谱特性越来越受到关注。为了增强超高温金属纳米结构的吸收特性, 设计了超高温金属-金属以及膜层-金属-金属表面等离子体周期纳米结构, 仿真分析其在波长200~4 000 nm光谱范围内, 不同参数对材料吸收谱特性的影响。仿真分析表明, 不同参数的吸收光谱中均会出现吸收峰, 且吸收率达93%以上。而介电材料、金属纳米结构的周期、尺寸和深度是影响吸收率的主要因素。同时, 介电材料和周期还会对吸收峰出现的位置产生影响。该仿真结果为超高温表面等离子体材料的吸收特性应用的研究提供了理论基础。

为了快速准确地获取火炮发射时炮管的瞬态温度场信息, 设计了基于变迹-啁啾光纤光栅传感器的瞬态测温系统。 系统采用啁啾光纤光栅实现对回波光的带宽调制, 从而使回波光带宽大幅提高, 大大增加了系统带光栅传感器数量及回波光能量。 在分析了五种常见变迹函数切趾性能的基础上, 系统采用超高斯函数形式完成对回波信号的切趾处理, 有效地抑制了由于啁啾调制所造成的旁瓣增大以及光谱抖动, 使系统符合瞬态温度测试的设计要求。 实验采用调制范围1 532.0～1 548.0 nm的变迹-啁啾光栅传感器, 并在炮管上均匀缠绕, 共50个测试点位。 针对某型火炮发射时炮管的瞬态温度进行测试, 实验数据与WRP-130S型高速温度探测器的测试结果比较。 实验结果显示, 该系统与WRP-130S型探测器测温结果相近, 平均误差小于2%, 在温降平稳区优于1%。 测试结果中, 温度-波长数据满足1 ℃约引起0.041 3 nm（均值）的波长偏移。 该系统在一次采集过程中可获得50个独立位置的瞬态温度, 大大提高了炮管温度场重建的效率。

复杂的野外环境大大影响了红外热像仪对爆炸温度场的测量精度。从理论角度分析了影响测温精度的因素，提出相关的改进措施。温压弹爆炸测试现场使用野外标准黑体对红外热像仪进行实地定标，准确采集到温压弹的爆炸过程，并提取到相关数据。利用 MATLAB软件平台对实验所得数据进行处理，进而得到爆炸火球表面的温度场分布信息：爆炸火球的最高温度 2881℃；1000℃及其以上温度场持续时间为 1300 ms；1000℃及其以上温度场最大散布范围为 12.61 m。测试现场同时设置了 CCD高速相机进行可见光波段的测试，测试结果表明，测试数据具有很高的精确性和可靠性。