采用基于密度泛函理论的第一性原理和广义梯度近似方法, 对N、Co单掺以及两者共掺锐钛矿相TiO2的电子结构和光学性质进行了研究, 并探究了两种不同的N替换O位置对掺杂结果的影响。研究结果表明, N、Co单掺杂锐钛矿相TiO2带隙内均出现了杂质能级, N-Co共掺杂锐钛矿相TiO2带隙内出现了更复杂的杂质能级; 经掺杂后锐钛矿相TiO2的带隙均减小, N-Co共掺杂比单掺杂N、Co的锐钛矿相TiO2稳定性更好, 在可见光区域的光吸收效率得到明显提高, 吸收光谱红移更加明显; type 2较type 1位形的N-Co共掺锐钛矿相TiO2有着更大的可见光区域吸收率以及更广的红移范围。

柱坐标下的径向偏振矢量光束在被高数值孔径透镜聚焦时，在紧聚焦条件下相比线偏振和圆偏振光束通过透镜后能获得较小的聚焦斑。在聚焦透镜前加上椭圆环光阑后能强化在聚焦区域内的光场轴向分量，能在单一方向上进一步缩小聚焦斑的尺寸。研究了径向偏振矢量光束经过椭圆环形光阑后的聚焦特性，在聚焦区域径向偏振分量形成两个聚焦瓣，而轴向分量形成椭圆形的聚焦斑,并做了相应的物理解释。当增加椭圆环形光阑内环半径时，径向偏振分量的聚焦瓣和轴向分量的聚焦斑单一方向聚焦尺寸均可小于光波长的三分之一，当进一步提高椭圆环形光阑内环半径时，由于通光量减少和衍射效应，不能得到更小的聚焦尺寸。研究结果对于提高激光扫描显微镜的单向分辨率具有重要意义。

采用第一性原理的贋势平面波方法, 对比研究了未掺杂和掺杂过渡金属Tc、非金属P及Tc-P共掺杂的单层MoS2的电子结构和光学性质。计算结果表明: 掺杂改变了费米面附近的电子结构, 使得导带向低能方向偏移, 并且带隙由K点转化为Γ点, 形成Γ点的直接带隙半导体。掺杂P使带隙值变小, 形成p型半导体; 掺杂Tc使带隙变宽, 形成n型半导体; Tc-P共掺杂,由于p型和n型半导体相互调制, 使得单层MoS2转变为性能更优的本征半导体;掺杂使光跃迁强度减小,且向低能方向偏移。

采用基于第一性原理的贋势平面波方法，对比研究未掺杂和分别掺杂非金属P、半导体Si 及金属Al 的单层MoS2的电子结构和光学性质。计算结果表明：掺杂均转变为p 型半导体且导带向低能方向显著偏移，带隙减小，掺P和Si 由K 点转变为Γ 点直接带隙、掺Al 形成K -Γ 间接带隙半导体；通过态密度和布局分析得出：掺杂改变载流子的浓度及杂质原子与S-3p、Mo-4d 形成的杂化轨道，对光学性质产生相应影响，其中掺Al 对MoS2 的光学性质影响最为显著，可增大MoS2的静态介电常数、折射率n0，降低能量损失。

采用基于密度泛函理论第一性原理超软贋势平面波方法系统计算了Ca2Si及P掺杂Ca2Si的电子结构、光学性质, 分析了P掺杂对Ca2Si的能带结构、电子态密度、光学性质的影响.计算结果表明: 掺入P后Ca2Si的能带向低能方向偏移, 禁带宽带为0.557 95 eV, 价带主要由Si的3p, P的3p以及Ca的4s、3d电子构成, 导带主要由Ca的3d电子贡献.通过能带结构和态密度分析了P掺杂正交相 Ca2Si的复介电函数、折射率、反射谱、吸收谱和能量损失函数, 结果表明P掺杂增强了Ca2Si的光利用率, 说明掺杂能够有效改变材料电子结构和光电性能, 为Ca2Si材料光电性能的开发、应用提供理论依据.

采用第一性原理贋势平面波方法对(111)应变下立方相Ca2P0.25Si0.75的能带结构及光学性质进行模拟计算，全面分析了应变对其能带结构、光学性质的影响。计算结果表明：在-8%~0%压应变范围内，随着应变的逐渐增大导带向低能方向移动，价带向高能方向移动，带隙逐渐减小，但始终为直接带隙；在0%~2%张应变范围内，随着应变的增加，带隙逐渐增大，应变为2%时直接带隙达到最大Eg=0.60441eV；当张应变为4%时，Ca2P0.25Si0.75变为间接带隙半导体。Ca2P0.25Si0.75的介电常数和折射率随着张应变的增加而增加；施加-2%~0%压应变时，介电常数和折射率逐渐减小，到达-2%时达到最小值，此后随着压应变的增加介电常数和折射率逐渐增大。施加压应变时吸收谱和反射谱随着应变的增大而减小，施加张应变时吸收谱和反射谱随着应变的增大而增大。应变可以改变立方相Ca2P0.25Si0.75的电子结构和光学常数，是调节其光电传输性能的有效手段。

研究了少周期脉冲串作用下三能级原子中的布居转移和相干布居捕获现象.在非旋波近似的情况下求解了密度矩阵方程.研究结果表明在等时间间隔的锁相脉冲作用下, 系统能级的布居逐步转移并积累, 系统基态相干也逐步积累.在满足脉冲重复频率为基态能级频差的整数分之一倍时, 三能级系统和频率梳中两梳齿频率成分作用形成相干布居捕获现象, 原子暗态布居值达到最大, 介质对脉冲透明.在适当选取少周期脉冲参量的情况下, 在0.5个ns的时间内三能级系统相干性演化到最大后到达稳态, 相干布居捕获发生.与脉宽为100个fs的多周期脉冲相比, 少周期脉冲串在介质中建立相干布居捕获的时间缩短两个数量级.由于频率梳中与三能级系统发生作用的梳频成份有相同的频移, 相干布居捕获的条件双光子共振仍然满足.因而,当两基态能级频率差较大时, 如果选取少周期脉冲载波频率为系统能级1至2和1至3的传输频率之和的一半ω=(ω1+ω2)/2, 室温下原子热运动的引起的多普勒频移并不会破坏相干布居捕获.

研究了频率变化的相干态光场中两个二能级原子的纠缠演化,主要讨论了光场频率随时间作正弦调制和脉冲调制两种典型情况下两原子纠缠随时间演化的特点。 数值计算结果表明,当光场频率随时间作正弦调制时,光场频率,光场平均光子数均对原子纠缠演化有影响, 且在少光子数的情况下, 在光场频率变化的半周期内纠缠值出现小幅快速振荡; 而当光场频率随时间作脉冲调制时,由于脉冲频率的突变,也在脉冲出现的区间内诱导出了原子纠缠值的小幅快速振荡现象。分析表明光场频率的改变可以改变原子相干性, 进而改变了原子间纠缠效应, 这对量子信息技术中纠缠制备与控制有积极意义。