提出一种以新型聚合物Topas作为基底材料的类摩天轮型多孔芯光子晶体光纤。利用时域有限差分法对光纤的双折射率、损耗及色散等特性进行数值模拟。结果表明：该光纤在3~6 THz的工作频段内可提供10^-1数量级的双折射率，在4 THz处达到0.1085的超高双折射率、10^-1 dB/cm的总损耗、10^-16 dB/cm的极低限制损耗和2.4×10^-14 dB/cm的低弯曲损耗；该光纤在3~5.5 THz频率范围内拥有近零色散值，为±0.11 THz^-2·cm^-1。该光纤的良好特性对太赫兹光器件以及偏振传感等领域的发展具有促进作用。

向列相液晶因其独特的光学和电学各向异性，广泛应用于光电显示等领域。光通信技术的持续发展，需要液晶材料具有更快的电光响应。通过对6种负性向列相液晶施加垂直于分子平均取向的电场，结合特殊入射方式，系统地研究了电场对液晶取向涨落和单轴序参数的调控。实验结果表明：电光响应的开关时间均小于350ns；液晶的介电各向异性越大，场致双折射率变化越大，其最大值与所施加的电场大小和向列相液晶的介电各向异性均呈线性关系。

为更好地研究聚合物稳定蓝相液晶器件, 在考虑聚合物和蓝相液晶的介电常数差异和电场作用的变化后, 建立适用于聚合物稳定蓝相液晶显示器的理论模型。首先, 针对两组聚合物配比的蓝相液晶显示器的实验结果, 进行模拟计算拟合, 获得了蓝相液晶的饱和双折射率接近于主体液晶双折射率的结果。然后, 研究了聚合物单体的介电常数和含量对驱动电压的影响。最后, 研究了共面电场驱动的聚合物稳定蓝相液晶显示器的电极宽度和间隙对驱动电压和透过率的影响, 获得了高透过率和低驱动电压的器件结构。随着非液晶材料介电常数的增加, 驱动电压下降, 并且其质量分数越大, 驱动电压下降幅度越大。对于一般蓝相液晶中非液晶材料质量分数约为10%质量分数的情况, 驱动电压可以从97 V（εP=3）下降到55 V（εP=30）, 最大透过率变化很小, 甚至可以忽略。并且非液晶材料的介电常数不同, 仅影响驱动电压的大小, 对最大透过率和电光曲线的形状影响很小。研究结果对优化聚合物稳定蓝相液晶的材料构成和改进聚合物稳定蓝相液晶器件有重要的指导意义。

硬包边是激光钕玻璃减少放大自发辐射和抑制寄生振荡的包边技术之一,残余应力是硬包边的一个重要参数。详细描述了激光钕玻璃硬包边过程中残余应力的来源,并利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,对硬包边浇注熔接过程中不同膨胀系数匹配条件和不同包边玻璃浇注温度下的残余应力分布进行了数值模拟。结果显示,激光钕玻璃和包边玻璃的膨胀系数差异愈小,产生的残余应力愈小;包边玻璃浇注温度愈高,则产生的残余应力愈大。硬包边实验结果表明:包边玻璃的膨胀系数和激光钕玻璃的膨胀系数愈相近,则残余应力就愈小,当包边温度在700~1200 ℃范围内时,残余应力随着包边温度的增加而增大。模拟结果与实验结果吻合,所以在硬包边的浇注熔接过程中,为了使残余应力最小,最佳策略是激光钕玻璃的膨胀系数和包边玻璃的膨胀系数尽量接近甚至相等,且包边温度尽量低。

含稠杂环液晶是当前液晶分子结构设计与开发的重要方向。本文采用环己基取代的乙炔与邻碘代苯酚衍生物经过钯催化偶联-关环反应合成出新型具有5,6-二氟取代苯并呋喃环结构的液晶化合物，总收率达到54%。采用1HNMR、MS对其结构进行了表征，采用DSC和POM对其热性能进行了测试，发现该化合物熔点为118 ℃，清亮点为 202 ℃，向列相液晶温区84 ℃。物理性能测试表明，该类液晶化合物的双折射率约为0.13，介电各向异性达到12.6，旋转粘度为420 mP·s。与类似的3,4-二氟苯类液晶化合物相比，含5,6-二氟取代苯并呋喃环的液晶分子双折射率增大65%，介电常数值增大97%，清亮点增加63%。5,6-二氟取代苯并呋喃作为一种新的含氟砌块，综合性能表现突出，在液晶显示领域有良好的应用前景。

扩展柯西色散模型是表征混合液晶在可见光至红外光谱的通用双折射率色散模型,然而随着混合液晶的应用范围进入紫外光谱区,扩展柯西色散模型不能很好地表征混合液晶在该波长范围内的双折射率色散。为此,引入Sellmeier模型表征混合液晶在紫外至红外光谱的双折射率色散,并利用光谱椭偏仪精确测量混合液晶的双折射率数值,然后采用非线性拟合的方法求解Sellmeier模型系数。结果显示,扩展柯西模型的χ2检验数值为0.0349,而Sellmeier模型的χ2检验数值为0.0019,在标准测试波长589 nm以及紫外波段378 nm下,Sellmeier模型拟合值都更接近于实际测量值。通过实验和χ2检验对比分析可以证明,相比于扩展柯西色散模型,Sellmeier模型在紫外至红外波段具有更好的拟合效果。

为了提高空间振幅调制光谱偏振测量系统中光谱偏振数据和图像的采样精度, 对偏振调制模块-双复合光楔调制器的消色差特性进行了研究.根据双复合光楔的消色差原理及其结构形式, 分析了不同双折射晶体材料构成的双复合光楔调制器相位延迟量的一阶导数与晶体材料双折射率、楔角的关系, 并利用Matlab软件数值模拟寻找最优组合.基于理论分析, 采用KDP-石英组合与石英-石英组合进行对比实验, 结果表明：KDP-石英组合一级亮条纹相位延迟量对波长的一阶导数数值小于石英-石英组合, 证明了KDP-石英组合消色差特性优于石英-石英组合, 其结果与理论分析一致.

为了获得低熔点、折射率各向异性（Δn）大的快速响应向列相液晶材料,高Δn值的液晶混合体系中需要加入熔点在50 ℃以下、Δn大于0.35的双环类液晶组分, 以使快速响应向列相液晶材料满足室温工作的要求。本文合成了异硫氰基含氟二苯乙炔类液晶化合物; 一方面由于在分子苯环侧位引入F原子, 减小分子间作用力, 使化合物的熔点下降; 另一方面在两个苯环间引入三键、分子末端接入异硫氰基极性基团, 增加了分子的共轭性, 提高了目标化合物的Δn值。获得了熔点分别为31 ℃和50 ℃、Δn为0.39和0.40, 这两种低熔点化合物与目前已具有的毫秒级快速响应向列相液晶化合物混合, 可使其熔点低至10℃以下。

为了研究液晶材料结构与性能的关系, 本文以含乙炔桥键的四环异硫氰酸酯化合物为研究对象, 芳基硼酸和3-氟-4-溴碘苯为起始原料, 经6步反应合成了12种目标化合物, LC纯度大于99%, 采用核磁共振、红外光谱对其结构进行了表征。采用DSC和POM对目标化合物的介晶性进行了研究, 采用外推法对其双折射率和介电各向异性值进行了测试。结果表明：目标化合物具有300℃以上高清亮点、150 ℃以上向列相温度区间、0.40~0.51的双折射率以及大于17的介电各向异性值。对于同一系列化合物, 随着末端烷基链的增长, 化合物熔点降低, 但呈现近晶相的趋势增加。在Y、Z位引入侧向氟取代基, 熔点和清亮点均降低；X位再引入侧向氟取代基, 熔点上升、清亮点下降。用环己烷替代左边第一个苯环, 化合物熔点降低、向列相温度区间变宽。引入侧向氟取代基使双折射率下降0.008~0.036。目标化合物有利于提高混合液晶配方的双折射率、清亮点和降低阈值电压。