基于传输矩阵法,通过计算一维有限光子结构的阻抗,研究了由反转对称层状光子结构构成的组合结构中界面态存在的条件。对于分别由反转对称中心不同的元胞构成的两个光子结构而言,其阻抗虚部在所有奇数带隙内符号相反,在偶数带隙内符号相同,因此两个反转对称结构存在阻抗虚部之和在奇数带隙内为零的特征频率,由两个光子结构构成的组合结构在该特征频率处存在一个界面态,同时整个组合结构的阻抗虚部在该特征频率处也等于零。若由多个反转对称中心不同的有限大层状结构按照交替排列的方式构成组合结构,则在同一个奇数带隙内会出现多个界面态,在这些界面态频率处组合结构的阻抗虚部仍然等于零,各界面态光波的电场分布在组合界面处表现出显著的局域性。通过改变其中一部分结构的元胞数来调控组合结构中出现的多个界面态的位置,可满足不同的应用需求。

基于金属纳米结构而获得随机激光的增强, 其独特的性质及其潜在的应用价值具有重要的研究意义, 在表面增强荧光、 光学开关器件、 表面等离子激元激光等方面实现了较多应用。 报道一种快捷有效的制备纳米颗粒的手段并基于该纳米颗粒结构分析了染料掺杂聚合物薄膜涂覆的随机激光现象和规律。 利用离子溅射沉积和高温热处理在石英基底上制备了Au纳米颗粒, 改变溅射时间Au纳米颗粒的尺寸发生可控变化, 该方法便捷、 工艺简单。 研究采用40, 80和120 s三种不同的时间进行Au膜溅射并在650 ℃下高温处理, 得到粒径尺寸不同的Au纳米颗粒, 随着溅射时间延长Au纳米颗粒的尺寸逐渐变大。 通过涂覆有机荧光染料DCJTB掺杂的PMMA聚合物薄膜构建光致激射系统, 利用纳秒脉冲激光对样品进行激发, 得到随机激光并研究其出射光强度和阈值的变化规律特征。 40, 80和120 s三种溅射时间下所得Au纳米颗粒的平均粒径尺寸分别为230, 250和390 nm, 在532 nm激光激发下产生随机激光的阈值分别为20.5, 17.5和12.5 μJ·pulse-1。 Au纳米颗粒尺寸越大、 粒子间距越小时, 光子散射的平均自由程越短, 光在金属颗粒之间可以多次有效散射, 从而显著提高散射效率, 产生较低阈值的激光发射; Au纳米颗粒的吸收峰与染料的荧光峰恰好匹配时, 将会显著增强染料的荧光效应, 激发更多染料分子发生能级跃迁, 增加光子态密度, 获得峰值更高、 阈值更低的激射现象; 泵浦光不破坏染料分子的情况下, 可以多次循环泵浦获得激光, 染料分子的发光效率随着多次激发略有降低, 有助于随机激光器件的研究开发。 实验研究结果与理论分析相一致, 进一步明确了Au纳米颗粒对光子散射和等离子共振对光吸收增强的随机激光发射机理。 该研究以Au纳米结构对光子的强散射效应为增益, 通过理论分析和实验测量获得随机激光, 为实现高效率、 低阈值的随机激光研究提供了一种便捷的技术手段, 有望促进随机激光器件的开发和应用。

微纳光子结构研究随着光子学、 半导体物理学及微加工技术的发展而逐渐蓬勃开展, 并在其结构、 理论、 制备技术等方面取得了系列进展。 受限于目前的微加工技术水平, 要成功制备大尺度、 高质量的光子材料仍然存在着一定挑战。 激光全息光刻技术作为一种简便快捷的微结构制作技术已经发展成为一种经济快速制作大面积微纳超材料及光子晶体模板的重要手段。 介绍了激光全息光刻技术的原理, 详细阐述了该技术在制作三维面心立方、 木堆积结构、 金刚石结构光子晶体以及光学周期类准晶、 手性超材料、 周期性缺陷结构等微纳光子结构中的应用研究进展。 激光全息光刻技术成功制作微纳光子结构为光子材料在更多领域的广泛应用提供了基础和方法。

孔雀羽毛是生物结构色的典型代表。 作者采用扫描电镜和光纤光谱仪观察了羽毛表面结构和反射光谱, 低倍SEM表面观察结果表明孔雀尾羽“眼斑”处艳丽的色彩源于光子晶体的微结构特性, 不同的色彩部位源于微结构不同的表面形状及不同的结构周期; 反射光谱表明, 反射光谱的峰位随着入射角度的改变而改变, 填充液填充后反射峰位发生移动。 该研究为制作类似孔雀羽毛光子晶体结构的功能复合材料提供了依据。

根据多光束相互干涉理论，计算模拟了手性螺旋结构以及相关影响因素。模拟结果表明相干光束之间的夹角、偏振态、偏振方向以及光束相位差等参数，对于干涉形成的三维螺旋结构均有不同的显著影响。研究结果为螺旋结构的实验制备提供了理论指导，可促进手性超材料的研究及应用。

用转移矩阵方法研究了由核壳(Core-Shell)结构组成的面心立方在可见光和近红外波频域的反射特性.考虑金属介质的色散特性，计算了壳层厚度对禁带的影响及沿与ΓL方向成一定角度θ时的反射特性曲线.研究发现,当包覆层厚度d小于0.08倍的这种核壳结构的半径时，随d增大低频域第一反射峰的位置“蓝移”；并且金属厚度大于该阈值时基本无变化.而在同一包覆层厚度，随入射角度θ 增大低频域的第一反射峰逐渐“蓝移”；在θ =40°时第二反射峰突变.

基于实际应用设计了一个90°视向角的光学系统，可用于1/4″CCD口腔内窥镜成像.系统具有62°视场角，孔径为F/7，各视场的光学传递函数在80 lp/mm处取值良好、景深大、像面照度均匀，整个系统的最大镜头口径小于4.6 mm.

研究了塑料非球面透镜用于3D头盔光学系统中的特性,给出了具体的设计实例,并同传统Erfle目镜作了比较.设计结果表明,在保证有效焦距、出瞳直径、出瞳距离和视场角不变的情况下,Erfle目镜系统由原来的5片减少为3片,同时其材料的总厚度仅为24 mm,缩小为 Erfle目镜的1/3;质量仅为39 g,缩小为 Erfle目镜1/10;光学系统垂轴像差在0°视场最大值为20 μm,60°视场为62 μm,均比Erfle目镜有非常大的改善;场曲也有了较好的改善,从0.95降至0.25. 因此该目镜系统不但可以满足HMDs ??D显示系统对视场、出瞳直径和出瞳距离的要求,而且在结构上更趋向轻、小,其像差特性亦可以满足目视系统的要求.

设计了一个折/衍混合多色调焦系统,可用于哈特曼波前传感器测量不同波长下人眼的波像差.系统由两片折射透镜和一个二元衍射面构成,焦距调整范围为-200～200 mm.系统性能达到衍射受限,在0.488～0.655 μm波长范围内,焦点色位移小于3 μm.整个系统结构简单、紧凑,同哈特曼波前传感器相匹配,可用于普通人群眼波像差的测量.

利用衍射光学元件独有的负色散性质和可实现光波面任意相位调制的特点,在光学系统中引入衍射面,设计了出瞳距离为26 mm,出瞳直径为12 mm,视场角为20°(H)×15.4°(V)的用于增强现实的折/衍混合穿透式双通道头盔显示器的光学系统.设计的系统内、外两个光通道的光能量利用率分别达到1/4和1/2.系统分辨力适合采用分辨率为800×600、像元尺寸为33 μm的图像源.设计结果,系统镜头直径小于46 mm,满足用于双目显示的要求.设计结果表明,该系统不仅在结构上满足使用者因素的要求,而且成像质量接近衍射极限,具有很高的分辨率,色差和畸变非常小.设计结果完全满足用于增强现实的要求.