对于直接液冷薄片激光器而言，实现功率的定标放大可以在保证泵浦光强恒定的情况下通过增大泵浦光斑的尺寸同时增加增益介质的尺寸或数量来实现。这种设计理念自提出以来就得到了学术界的青睐。本团队针对高功率直接液冷薄片激光器的实际工作条件，建立了单薄片双通道增益模块在对称情况下的模型，研究了微通道高度、薄片厚度、冷却液雷诺数等参数对激光器输出波前畸变的影响。结果表明：当其他条件一定时，随着微通道高度及薄片厚度的减小，激光器输出光束质量提高；随着冷却液雷诺数增大，激光器输出光束质量提高。经遗传算法优化后的设计参数产生的输出光束光程差均方根值为3.27 μm，峰谷值为6.11 μm，相较于经典文献设计参数下的均方根值和峰谷值分别降低了12.3%和15.6%。

为了在TE波下获得带宽可展宽(11GHz~14GHz频带内)且可调谐的吸收曲线, 提出了一种新型超材料吸波体, 其周期性结构单元采用蜂窝状特有的六边形结构。对该吸波体的参量分析图进行了计算, 研究了变量g和d的数值不同时, 对吸波体吸收频带及吸收带宽的影响, 并解释了蚀刻“十”字形结构吸波体带宽展宽的成因。结果表明, 该吸波体在9.17GHz~9.5GHz低频频域的吸收率达到90%以上, 当不同的等离子体谐振区域被激励时, 可以实现吸波体的分时分频域吸收以及改善吸波体的吸收性能, 改变变量g和d可以实现对吸收频带的动态调控; 可以通过在方形结构中蚀刻“十”字形结构的方式拓宽高频频域的吸收带宽, 其在12.08GHz~13.91GHz频域的吸收率高于90%, 改变变量s可以明显展宽吸收频带, 且该吸波体对入射电磁波的角度不敏感。该吸波体的设计思路为拓宽吸波体的吸收带宽提供了一种有效的方法。

为了实现空间中波束的动态扫描, 设计了一款基于固态等离子体的超表面。采用阵列单元相位曲线拼接的技术, 通过拼接介质基板厚度不同的阵列单元的相位曲线来实现0°~360°的相位补偿, 并用数值插值的方式建立超表面参变量与相位补偿角之间的映射。结果表明, 超表面的反射主波束方向θ分别为15°, 25°和30°, 计算结果与设计相符合, 通过改变固态等离子体的激励区域来重构阵列单元, 实现了空间中波束在θ为15°, 25°和30°时的动态扫描。此反射型超表面阵列单元的普适性设计方法, 降低了阵列单元的设计难度, 并通过固态等离子体的可调谐特性实现了空间波束扫描超表面的设计。

设计了一种结合正方形和八边形环的波束扫描超材料平面反射阵列天线。相比于传统的阵列天线设计, 运用了新的相位补偿方法, 即通过组合反射阵列单元在介质基板的材料不同时得到的相位曲线实现0~360°的相位补偿, 使得阵列单元的相位曲线不需要完全覆盖0~360°, 并且采用埃尔米特插值的方式解决相位特性曲线线性度差的问题。该方法的优势是具有广泛适应性, 降低了对阵列单元的设计要求。利用这种方法设计了几款单层平面反射阵列天线, 仿真结果显示反射波束方向与预期设定值相符合, 且副瓣与主瓣都相差至少15 dB。通过调节超材料固态等离子体激励区域的范围即改变阵列单元的谐振结构, 实现了空间波束扫描, 为平面反射阵列天线的设计提供了一种新思路。

通过求解电磁波束包络方程和能量方程的耦合方程组, 考虑温度对材料介电系数的影响及传输损耗产热的耦合作用, 求解了复合热边界条件下光纤的基模态传输和损耗问题。研究表明: 随着纤芯半径的增大, 电场强度、能量耗散密度减小, 传播常数增大; 环境温度降低、对流换热系数增大和表面发射率升高都会使得传播常数减小, 电场强度、能量耗散密度增大; 能量耗散密度和电场强度随截面曲率的变化并不是线性的, 还受到其他因素的共同作用。