为研究细观模型的有效性，利用三维PFC-FLAC耦合方法构建玻璃纤维增强复合材料(GFRP)布约束煤矸石混凝土圆柱的细观连续-非连续耦合模型。通过已有试验数据验证了该模型的有效性，并在此基础上开展了0、2、4层GFRP布对煤矸石混凝土圆柱的轴压性能、破坏模式及吸能特性的影响研究。结果表明：建立的细观模型精度较高；煤矸石混凝土圆柱的极限破坏强度随GFRP层数增加而逐渐增大，能量吸收效率和体积比吸收能也均有相同的变化趋势，但存在增大比例减小的问题。从应力-应变曲线延性特征、峰值强度、破坏模式、总能量密度变化、能量吸收效率及体积比吸收能等六个方面综合考虑，兼顾经济成本与缠绕水平原则，确定GFRP布层数增加可以增强煤矸石混凝土圆柱的轴压性能。

可见光及红外波段的光电探测器是光通信、深空探测、生物医学成像等重要领域不可缺少的一部分。为进一步提升光电探测器性能，在石墨烯薄层上引入金属纳米结构，利用有限元仿真软件COMSOL建立多组模型进行仿真对比。结果表明：周期P=250 nm，纳米颗粒直径D=112.5 nm时，金字塔纳米金属颗粒与三角形截面光栅的加入，实现了石墨烯光电探测器在可见光和近红外波段光吸收的增强。波长在0.5~5 μm范围内，纳米颗粒光栅结构可进一步提升器件的吸收性能，且颗粒覆盖率是影响光吸收效率的关键因素。

利用离线滤膜-溶剂提取-连续光谱分析的方法在 2016 年 12 月 25 日到 2017 年 12 月 26 日期间对西安市大气颗粒物进行了连续一年的监测与分析。用石英纤维滤膜收集大气 PM2.5 样品, 再分别利用超纯水和甲醇超声萃取样品中的水溶性有机碳 (WSOC) 和甲醇可溶性有机碳 (MSOC), 最后进行紫外-可见吸收光谱分析获得样品光吸收特性。对西安市水溶性棕碳 (BrC) 和甲醇溶性 BrC 在 365 nm 下冬季和夏季的吸光贡献分析发现, 冬、夏两个季节甲醇提取的有机组分光吸收效率均高于水提取的, 甲醇溶性有机碳质量吸收效率 [MAE(MSOC)]年均值 [(1.60±0.67)m2·g－1]是水溶性有机碳质量吸收效率 [MAE(WSOC)]年均值 [(0.90±0.47) m2·g－1]的 1.17 倍, 表明有机溶剂萃取组分中含有更多的吸光能力更强的物质。冬季的 MAE(WSOC) 为 (2.05±0.86) m2·g－1, MAE(MSOC) 为 (1.53±0.36) m2·g－1; 夏季的 MAE(WSOC) 为 (1.06±0.24) m2·g－1, MAE(MSOC) 为 (0.51±0.17) m2·g－1。 冬季的 MAE 值总体高于夏季的, 且冬季的 WSOC 的 E250/E265 值 (5.25) 相对低于夏季 (5.58), 可能因冬季燃煤取暖排放导致。对 BrC 中的水溶性有机碳与气象六要素浓度进行了线性拟合, 结果显示 WSOC 与 PM2.5 (R2 = 0.6417) 和 PM10 (R2 = 0.4035) 有一定的相关性, 但与 O3 (R2 = 0.0682) 没有显示出明显的相关性, 表明其二次光化学反应的来源占比很小。

为了改善金属完美超材料吸收器（PMA）制造成本高，且存在欧姆损耗的状况，同时为了解决PMA对光的偏振态和入射角较为敏感的问题，本文采用低损耗介质材料设计了双通道偏振无关介质窄带PMA，并利用时域有限差分法进行理论分析和验证。研究发现，所本文设计的偏振无关介质窄带PMA无论在横电（TE）还是横磁（TM）偏振态下，它们的吸收波长、吸收效率和半峰全宽都相同。TM和TE偏振能够在同一波长实现窄带宽超高吸收，是因为PMA结构是旋转对称的。PMA之所以会实现双通道窄带宽，是因为在PMA光栅中分别形成了法布里-珀罗腔共振和导模共振，该研究可为将来制备高质量偏振无关介质窄带宽PMA提供新思路。

为进一步提高掺铥双包层光纤（DCF）激光器的输出功率，从提高DCF对泵浦光的吸收效率出发，数值模拟了具有不同纤芯直径和内包层形状的DCF的泵浦吸收特性。模拟结果表明，对于具有不同纤芯直径的新型内包层DCF，随着反射次数的增加，其泵浦吸收效率趋于100%；对于具有不同内包层形状的DCF，新型内包层DCF的泵浦吸收效率最高。实验中，选择正六边形内包层和新型内包层掺铥DCF为工作物质，两种掺铥DCF激光器的输出功率分别为13.2 W和14.8 W，斜率效率分别为31%和35%。新型内包层掺铥DCF激光器的输出功率比正六边形内包层掺铥DCF激光器提高了12.1%，这表明新型内包层DCF更有利于实现高效的泵浦吸收。

利用金属纳米柱阵列和石墨烯构造出一种吸收效率可调的超材料完美吸收器（MPA），并基于时域有限差分法进行了优化与分析。仿真结果表明，通过调谐石墨烯的化学势可实现吸收效率调谐范围为0.5的MPA，且MPA的最高吸收效率可达到0.97，原因是入射光在MPA中同时激发了表面等离子激元（SPP）共振和磁激元（MP）共振。分析MPA结构参数对其吸收特性的影响时发现，纳米柱的周期会影响SPP的共振波长，金属纳米柱的厚度和半径则会影响MP的共振波长，因此，可通过改变纳米柱阵列的周期、纳米柱的厚度和半径实现MPA吸收波长的调谐。

为了实现薄片激光器高吸收转换效率的目的,采用多次抽运吸收的方式,结合光斑离轴非对称反射抛物面和光斑对称分布非球面的抽运结构,提出了一种可以提高非球面光束分布占空比的高冲程抽运的新方法。设计了多种不同抽运冲程的结构,使用ZEMAX模拟验证了24冲程抽运时的光路分布和光斑位置图,通过比尔吸收定律理论计算了不同抽运冲程下薄片晶体对抽运光的吸收效率。结果表明,所设计的24冲程、36冲程、40冲程和80冲程的抽运结构,其中36冲程的吸收效率的性价比最高。该研究对高功率、高冲程、小体积的抽运结构设计具有指导作用。

理论分析了贵金属纳米颗粒介电函数的尺寸及温度修正，考虑环境介质折射率的色散及随温度变化关系，计算了温度变化环境中Au纳米球的光学性质.结果表明，体相和纳米Au金属介电函数实部均随着温度升高而增大，而体相材料和纳米Au介电函数虚部表现出不同的温度特性; 对于纳米球的光吸收效率，温度升高，纳米球的吸收峰峰值增大; 对10~100 nm的Au纳米球吸收效率的温度灵敏度分析表明，Au纳米球的光吸收效率温度灵敏度随粒径增大而减小.

为增强晶体硅太阳能电池的光利用率, 提高光电转换效率, 研究了硅纳米线(Silicon nanowires, SiNWs)阵列的光学特性。首先运用时域有限差分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)方法对硅纳米线阵列在300~1100 nm波段的吸收率进行了模拟计算, 并对硅纳米线阵列的光吸收效率进行了优化计算。结果表明, 当硅纳米线阵列的周期为600 nm, 填充比为0.7时硅纳米线阵列的光吸收效率最大, 可达32.93%。然后采用金属催化化学刻蚀(Metal Assisted Chemical Etching, MACE)的方法, 于室温、室压条件下在单晶硅表面制备了不同结构的硅纳米线阵列, 并测试了其反射率R, 并对实验结果进行了分析, 表明硅纳米线阵列相对于单晶硅薄膜, 其减反射增强吸收的效果明显。因此, 在硅表面制备这种具有特殊形貌的微结构不仅能降低太阳电池的制造成本, 同时还能大幅降低晶体硅表面的光反射, 增强光吸收, 提高电池的光电转换效率。

飞秒激光制备的微纳结构硅材料由于其在可见光和近红外波段都有很高的吸收而在硅基光电、光电探测器以及超疏水设备等方面都具有重要应用。然而,其高宽谱高效吸收特性的机理从没有被准确量化,这在很大程度上限制了这类材料的进一步发展与应用。通过实验,量化了飞秒激光制备的微纳结构硅的不同吸收影响因素,包括硅衬底的掺杂以及在激光制备过程中使用掺杂剂在材料中引入的杂质,激光制备过程中形成的增强光吸收的无序的表面微纳结构等因素。通过这些分析,确定了硅衬底的掺杂比激光制备过程中引入的硫杂质的掺杂对于红外波段的吸收有更大的贡献，此外,该种以硅衬底的掺杂为主要红外吸收介质的材料具有耐退火性。这些结果对设计和制造高效率的光电器件有着重要影响。