采用基于密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势方法，研究了金红石相二氧化钛［TiO₂（110）］表面吸附氢气（H₂）的微观机制，计算了TiO₂表面的吸附能、态密度、电荷布局和光学性质的变化。结果表明：单碳（C）、单钼（Mo）以及C、Mo共掺杂的金红石相TiO₂（110）表面均容易吸附H₂，吸附方式属于化学吸附。掺杂后，禁带中形成的杂质能级可以诱导光生电子与空穴的分离，为电子在禁带中的跃迁提供“阶梯”，改善了TiO₂表面的光学性质，在可见光380~780 nm范围内C、Mo共掺，单Mo掺杂和单C掺杂材料的光学性能依次降低。C、Mo共掺时，TiO₂表面的吸收系数和反射率峰值较未掺杂时分别提高了约5倍和6倍。本工作加深了人们对TiO₂表面吸附H₂的微观机制的理解，利用掺杂方法改善了材料的光学性能，为TiO₂在H₂传感器中的应用提供了理论支持。

在傍轴近似条件下，基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分公式，推导了双曲正弦平方高斯光束在自由空间、左手平板材料中及通过左手平板材料后的三维光强传输公式，并进行数值计算和分析，探究了双曲正弦平方高斯光束通过左手平板材料的传输特性。研究表明，左手材料对双曲正弦平方高斯光束轴上光强和横向光强分布规律的影响是使光强呈对称分布；材料的负折射率会影响光束轴上光强极大值的位置；轴上光强和横向光强均随传输距离和偏心参数的改变而变化，即双曲正弦平方高斯光束不能保持其传输不变性。实际应用中，可用改变偏心参数的方法在不同位置对光束进行整形。

采用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式推导出厄米-余弦-高斯光束通过负折射率平板材料的传输公式，并利用其解析式进行数值计算和分析。研究结果表明：负折射率平板材料中的负折射率只影响光束的两次聚焦位置；光束参数不仅会改变厄米-余弦-高斯光束的轴上光强分布，还会改变横向光强的分布，但对厄米-余弦-高斯光束轴上最大光强和横向最大光强的位置均没有影响。

基于光束在单轴晶体中的傍轴矢量传输理论，对双曲正弦平方高斯光束在单轴各向异性晶体中垂直于光轴的传输做了研究，得到了一般的解析传输公式，并用数值计算方法分析了该光束的传输特性。研究表明：由于晶体的各向异性，其原来的偏振特性将不再保持，仅沿x方向偏振的初始场分量衍生出y分量；随着传输距离的增加，非寻常光沿x轴和z轴的偏振场慢变振幅均减小，光强峰值也随之减小。此外，双曲正弦平方高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴传输时，光束参数β取值不同，光强呈现不同的分布状态。