近年来受拓扑绝缘体启发而兴起的拓扑光子学有力地促进了电磁波调控和新型波功能器件的研究。光子人工带隙材料因其丰富的物态调控机制和高度定制化的设计自由度成为了研究拓扑光子学和研制鲁棒性光子器件的重要平台。本文主要综述了周期性二聚化以及准周期性Harper光子拓扑链中光子与人工带隙材料的相互作用，揭示了非厄密物理、宇称-时间对称转变和拓扑相变对能带和带隙的作用规律，以及光场本征态的调控和传输机制。围绕实际的共振耦合技术，介绍了非厄密拓扑物理启发下的具有拓扑保护特性的高性能近场无线传能和传感方案，并对非厄密拓扑物理对于无线传能和传感的发展将起到的作用进行了展望。

作为一类具有代表性的光学共振模式,光学束缚态已被用于大幅增大古斯-汉欣位移。然而,在大多数的研究工作中,人们利用的是透射型的束缚态来增大古斯-汉欣位移。因此,古斯-汉欣位移的峰值位于透射谱的极大值(即反射谱的极小值)处,对应的反射率很低,这不利于实验测量与实际应用。本综述阐述了本课题组在近年来利用两种奇异的光学束缚态增大古斯-汉欣位移的研究情况。第一种光学束缚态为四部分光栅-波导复合结构中的连续谱准束缚态。古斯-汉欣位移的峰值位于反射谱的极大值处,反射率高达100%。第二种束缚态为光子晶体异质结中的界面态。界面态的反射率可由光子晶体的虚相位的失配程度进行灵活调节。古斯-汉欣位移的峰值虽位于反射谱的极小值处,但反射率仍可达到97.6%。这两种奇异的光学束缚态在大幅增大古斯-汉欣位移的同时,保持了较高的反射率,这克服了传统增大古斯-汉欣位移的方法的低反射缺点。由于这两种奇异的光学束缚态具有较高的反射率,古斯-汉欣位移将更容易在实验上被测量到,因此后续有望将其应用在各类高性能传感器、光开关、光存储器件、波分(解)复用器件和偏振分光器件的设计中。

理论研究了氢分子离子在波长800 nm短周期啁啾脉冲方案下的高次谐波发射与孤立阿秒脉冲产生。经计算发现,当选取合适的啁啾参数时可以限制高次谐波同时由两核发射,从而减弱其空间的相互干涉,得到光滑连续且只有单核贡献的高次谐波谱平台区域。当啁啾参数β=6、激光脉冲半峰全宽τ₀=5 fs时,通过在单核贡献的连续谱上截取100阶谱线宽度合成了持续时间约为98 as的孤立阿秒脉冲。同时通过另一组参数计算也验证了当两核对高次谐波谱均有贡献时,不利于阿秒脉冲的产生。讨论中使用了经典的回碰动能图和时频分布图来解释高次谐波谱发射的物理机制。

通过在金属-绝缘体-金属表面等离激元波导单侧引入平行的双谐振腔结构，实现了等离激元诱导透明效应的数值模拟，基于谐振耦合导致的模式分裂理论揭示了单等离激元诱导透明透射峰的形成机理，并数值研究了透射峰幅度及谱宽与模型结构参数的依赖关系。在此基础上设计了在波导双侧三腔结构，并对其透射谱进行了数值仿真，结果表明：选取适宜腔长及间距参数，可以在三腔模型中产生双等离激元诱导透明透射峰，并且峰值位置可以随腔长以近似线性关系改变。

采用全矢量有限元法,研究了空气孔为正九边形周期性排列的全内反射型光子晶体光纤的温度传感特性, 分析了不同空气孔排列形状、占空比以及波长对温度特性的影响,并与正六边形结构的光子晶体光纤进行了对比。研究表明, 空气孔为正九边形周期性排列时, 光子晶体光纤模场分布随温度变化显著, 其有效折射率和限制损耗的大小与温度成反比。保持孔间距不变, 占空比越大, 输入波长越长, 灵敏度越高。在此基础上, 提出了一种正九边形熔接点为锥形的单模光纤-光子晶体光纤-单模光纤马赫曾德干涉仪温度传感器,当波长为1 550 nm, 占空比为0.6, 温度范围为-20～80 ℃时, 该传感结构的温度灵敏度为0.112 2 nm/℃。

基于一类由状态空间描述的非线性系统固有的结构级联特性,在飞行器发生卡死故障的情况下,设计了基本控制律加补偿控制律的控制器结构形式,补偿故障对系统性能造成的影响。提出了确保对参考模型精确跟踪的控制器结构和条件。控制器的基本控制律部分是利用系统的结构特性设计反步(backstepping)控制律,系统发生未知卡死故障时,利用实际对象和参考模型之间的误差,更新控制器的故障补偿部分。控制器同时保证了闭环系统的稳定性和参考模型状态跟踪误差渐近性。仿真结果表明了该控制律对给定参考模型跟踪的有效性。