超构表面（metasurfaces）是一种新型的人工二维平面阵列结构，通过合理设计亚波长纳米结构单元及排布可以实现对空间光场的调控，有望从原理层面上颠覆传统的透镜元件。然而，目前透射型超构表面普遍存在光学效率低的问题，制约着其应用和发展。首次提出了光学薄膜结合超构表面提高光能利用率的设想，期望超构表面结合光学薄膜的结构在不影响超构表面光学特性的基础上，可以显著地提高其光学效率。为了验证这一策略的有效性，仿真模拟了石英基底近红外宽波段的硅纳米块超构表面透镜，并与设计有光学薄膜的超构表面进行了对比。模拟结果表明：光学薄膜对超构表面的聚焦性能没有影响，但可以显著提高超构表面的光学透过率；在1450~1600 nm波段，平均透过率提高了10.5%以上，聚焦效率平均提高了8.3%以上。所提方法为超构表面器件设计带来了新的思路。

设计了193nm窄角度和宽角度入射增透膜以及正入射高反膜, 其中增透膜s和p偏振光透射率的最大偏差分别为0.17%和0.44%。结合标量散射理论和等效吸收层近似理论, 多层膜间的粗糙界面等效为薄的吸收层, 基于薄膜本征传输矩阵计算分析了不同界面粗糙度下的光谱性能。研究发现, 薄膜光谱性能随着界面均方根粗糙度的增加而急剧退化, 高反膜反射带宽也随之降低, 达到4nm时, 宽角度入射增透膜和高反膜光谱性能在193nm处分别退化2.04%和2.09%。界面粗糙度是影响高光谱性能真空紫外光学薄膜制备的重要因素。

铅基钙钛矿太阳电池的优异器件性能归因于其显著的光学和电子性质，其能量转换效率已从最初的约3.8%大幅提高到25%以上。尽管铅基钙钛矿太阳电池得到了快速的发展，但由于铅原子的毒性及其在热、光和湿度等条件下的不稳定性，阻碍了该类型钙钛矿光伏技术的实际应用。因此，寻找无铅、无毒和环保的卤化物钙钛矿来取代铅基材料在实际中的应用至关重要。无铅卤化物钙钛矿的研究是目前的研究热点之一。本文综述了无铅双钙钛矿Cs₂AgBiBr₆在钙钛矿太阳电池中的应用，介绍了Cs₂AgBiBr₆的结构与材料制备的方法，讨论了钙钛矿太阳电池的器件性能，分析了提高该类型光伏器件性能的相关策略，探讨了无铅钙钛矿面临的挑战以及发展方向。

高功率下光束质量恶化问题制约着锥形激光器的发展，基于腔面光学薄膜，研究了腔面反射对光束质量的影响。建立了不包含抗反射结构的物理模型，采用锥形激光器的电光模型进行仿真，分析了不同腔面反射率下器件的光场分布。结果表明，在传统锥形激光器中，存在强烈的光泵、光束成丝、自聚焦和空间烧孔效应，来自腔面的剩余反射引发了上述非线性效应，最终影响光束质量。前腔面反射在此过程中起着关键作用，后腔面同样对光束质量有较大影响。通过优化腔面反射率，提出了两种优化路径，部分设计的光束质量因子小于2，实现了高光束质量。研究结果为锥形激光器的设计提供了参考。

基于我国强激光装置建设和工程任务需求，同济大学建立了基于纳秒与飞秒脉冲激光的自动化激光损伤阈值测试系统，该系统具有微米与亚微米级损伤的自动检测、定位复检、瞬态诊断和原位测量功能，测试流程基于ISO标准与光栅扫描等方法；此外，通过国际损伤阈值评测，实现了测量结果的国际对标。十多年来，利用该激光损伤阈值测试系统，我们系统研究了基板研磨与抛光工艺、超声清洗与表面残留、薄膜设计与大角度抑制、三维电场模拟与透镜聚焦效应、镀膜材料选择与氧化工艺、节瘤几何成型控制与平坦化、环境保持与传递控制、镀膜优化与辅助工艺、退火工艺与后处理技术、存放环境与人为污染等各类因素对激光损伤阈值的影响和作用规律；根据不同研究对象在不同参数和工作条件下的激光损伤特征，研究了激光损伤诱因、损伤演化及损伤机理；此外，基于泵浦-探测成像技术研究了透射元件的损伤动力学特性。激光损伤阈值表征与损伤溯源为课题组超高阈值和大尺寸激光薄膜器件的研制提供了关键的支撑技术，同时，为国内外数十家科研机构、高校院所和企业提供了高置信度的激光损伤阈值测试服务。

随着光通信技术与光子集成电路的发展, 非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件, 为了将非互易性器件整块集成在硅片上, 需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm), 以钇铁石榴石(Y3Fe5O12, YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应, 是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现, 使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能, 尤其是Bi3+和Ce3+掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理, 介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法, 回顾了近年来的主要研究成果, 介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用, 最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。