为了研究激光辐照含有表面划痕的熔石英的热应力特性，基于电磁场、热传导及弹塑性力学理论，建立了适用于不同表面缺陷类型的纳秒脉冲激光辐照熔石英的热应力数值模型。利用该模型计算得到平滑表面和划痕表面熔石英在激光辐照后的温度场分布和应力场分布，并通过搭建的激光损伤测试及应力在线测量系统实验验证了所建模型。研究结果表明，熔石英的表面结构引起的光场调制会导致激光辐照后熔石英内部应力增强，并且应力大小与其表面结构尺寸密切相关。研究结果不仅有助于分析含有表面划痕的光学元件的激光损伤机理及残余应力，而且能够对激光加工的热应力调控提供理论依据。

为了克服传统数字全息三维成像技术的扫描速度慢等诸多缺点,设计一种仅需单波长且可以一维扫描的透射式K空间变换数字全息三维成像技术。首先采用片状光束对样品进行照明并记录透射光的离轴全息图;然后利用传统的数字全息重建技术得到透射光的复振幅分布后去除其低频分量;最后在频谱空间进行坐标变换并对变换后的空间频谱进行傅里叶逆变换,便可得到被照明切片平面上的样品结构信息。在对工作原理和主要参数进行系统理论分析的基础上,利用数值模拟和光学实验对此技术的可行性进行实际验证。由于该技术能够使用透射光进行三维层析成像,因此很容易推广并应用于X光和其他短波长的辐射源成像,为研究样品高分辨三维结构提供新的工具。

为了精确辨别探测光的角动量,设计了一种基于表面等离子体的角动量探测器.该探测器体积小巧,结构简单,仅通过在一块金膜层上刻蚀设计好的纳米矩孔阵列就能实现对入射光角动量的探测.当入射光照射该探测器时,首先根据表面激发产生的表面等离子体波的耦合方向辨别入射光的偏振方向；之后通过测量出射端口的光强强度与耦合方向端口光强总强度之比,定量计算出－1到+1之间轨道角动量拓扑数的精确值.该微纳结构探测器可以精确识别入射光的角动量,为光学片上系统的设计与开发提供新思路.

将叠层扫描成像技术(ePIE)用于成像透镜透射波前的高精度测量。将透镜的透射光束照射至一个固定于二维扫描台的衍射物上,并在其后的探测器上形成衍射光斑,扫描台横向扫描并记录衍射物在每个位置所形成的衍射光斑,采用ePIE精确重建衍射物体的光场复振幅,并据此反演出透镜后表面的透射光波前;移去透镜后重复上述步骤,可以重建入射到透镜上的光束波前;将透射波前减去入射波前即可得到透镜的透射波前。该方法具有准确性高、结构简单、成本低廉等优点。

生物细胞的成像是生物和物理领域中的重要研究方向,尤其是大量细胞的测量与分析对于生物研究、疾病诊断具有重要的研究价值和意义。传统的显微检测仅局限于细胞形状的定性观察,且受视场限制,观察的细胞数量难以达到统计要求。将定量干涉显微和视场扫描结合,设计并实现了用于大量细胞成像与分析的定量干涉显微流式细胞仪。定量干涉显微可以恢复细胞的相位分布,结合视场扫描可以对大量细胞信息进行获取与分析。分别选用扩展主程序分析算法、正则化光学流场算法和傅里叶相位恢复算法,并结合不同的扫描方式,实现了对大量细胞相位面积、相位体积和圆率等不同参数的测量与统计。该系统有望在大通量高速细胞检测中获得应用。

为了实现紧凑结构下光的主动调控,设计了一种基于表面等离激元解复用器结构的双通道全光开关。该器件由金属-克尔非线性材料-金属的波导结构和谐振腔组成,具有主动光控功能。通过对该开光结构进行优化,实现了735 nm抽运光调控1310 nm信号光。该信号光在左右两个端口可实现输出与截止,消光比可达到29.4 dB,开关响应时间可达到50 fs。该双通道开关具有结构简单紧凑、易于集成、响应速度快等优点,将在纳米集成光学中具有重要的应用价值。

为提高生物细胞形态检测速度和精度，以典型相位物体血红细胞为研究对象，结合离轴干涉、共焦显微和高速图像采集技术，提出了细胞光相位场定量测量方法，既有高测量精度又可以对流动的细胞进行实时放大观测。实验中采集单幅载频干涉图，运用快速傅里叶变换相位提取法和路径无关相位解包算法，最终获得血红细胞光相位场的定量分布，和已有的光学相位模型吻合得较好。分析表明，该系统分辨率达到亚微米量级。这种由细胞光相位场分布解构细胞形态的检测手段希望成为一种新的生物活体细胞实时在体检测和定量分析的方法。