在金属铂和非晶硅构成的复合薄膜上，观察到了在斜入射条件下由s偏振激光诱导产生的、具有氧化周期性结构的、远离中轴线且外侧结构倾斜的周期性结构。首先，稳态照射下产生的条纹结构呈叶脉状，既不平行也不垂直于激光偏振方向；其次，动态扫描时产生的结构取向单一且与扫描方向有关；最后，结构周期随着入射角的增大而减小。这几个现象均与通常的激光烧蚀周期性结构不同。这些发现为调控激光诱导自组织提供了更多可能性。

高阶贝塞尔光束能够携带轨道角动量，且具有无衍射特性，在粒子操控、激光微纳加工及非线性光学等领域具有重要应用价值。目前产生高阶贝塞尔光束的方式无法同时满足集成化和高功率场景的应用需求。基于飞秒激光诱导的双折射纳米光栅结构，提出一种高损伤阈值的集成化光场调控器件制备方法。通过调控纳米光栅的光轴方向和相位延迟量，在石英玻璃内部写入光轴取向空间变化的多层纳米光栅结构，制备的器件可以实现不同光场调控功能的叠加和不同工作波长的设计。基于所提方法制备了中心波长为532 nm、拓扑荷值为4的高阶贝塞尔光束产生器件。器件产生的高阶贝塞尔光束携带的轨道角动量与设计值相符，在4 m距离内光斑大小保持基本不变。器件的零几率激光损伤阈值为28.5 J/cm²（6 ns），在高功率激光光束整形等领域具有极大的应用潜力。

为提高偏振出光发光二极管（LED）的光场耦合效率，以一维光子晶体和亚波长介质光栅为基础，设计一种集成式全介质纳米结构组合器件。采用有限差分时域（FDTD）方法建立实现偏振光束准直功能的全介质纳米结构模型。系统研究光子晶体和介质光栅的结构参数对偏振LED出射光场调控的影响，分析光子晶体厚度、光子晶体周期、介质光栅周期、介质光栅高度和介质光栅线宽等参数影响准直特性的物理机制。设计优化的纳米结构，自上而下分别为周期为550 nm、线宽为160 nm、深度为120 nm的 TiO₂纳米光栅和两对Al₂O₃/SiO₂薄膜组成的光子晶体结构（每层厚度均为80 nm）。计算结果表明，所设计的全介质纳米结构可以将绿光波段偏振LED出光远场辐射角度控制在－6^o~6^o范围内，可以实现光辐射远场准直，同时出光效率大于77%。在垂直方向（远场辐射角度为0^o）所设计的结构的远场辐射强度相较无结构LED辐射强度提高了6.6倍。

实现对单颗粒的纳米尺度电极搭建，同时进行光谱表征和调控对构建纳米光电器件具有重要意义。提出并制备金（Au）纳米叉指电极搭载钛酸钡（BaTiO₃）纳米颗粒结构，物理上将集体光栅表面等离极化激元模式与BaTiO₃纳米颗粒的米氏共振以及Au-BaTiO₃界面局域表面等离子共振模式耦合，实现了电极搭载直径200 nm以下BaTiO₃单颗粒的散射调控和表征。该平台利用光栅结构作为“背景屏幕”，克服了电极结构对单个纳米颗粒散射谱的杂光干扰，解决了对单个颗粒加电难以探测其散射的难题。该纳米像素直径小于200 nm，散射谱可实现依赖于光栅尺寸和偏振的可见光波段可调，为后续构建基于单个纳米颗粒的光电调谐器件提供了方案。

面向大数据存储，总结当前冷数据存储的主要方式及特点，针对长寿命和高容量的需求，介绍飞秒激光永久光存储的概念和基本存储内涵；围绕透明介质材料体内改性的类型，依次介绍三维光存储和五维光存储的历史发展过程；阐述了当前具有双折射特性的存储单元形成机制，超百层的高密度存储技术，225 kB/s单通道、潜在MB/s多通道的快速直写机制；并从纳米区域的电场连续性边界条件和光学衍射极限出发，展望飞秒激光永久光存储在存储容量和写入速度方面的挑战。

针对传统机械光栅周期不可调、检测精度低、无法实现光谱的连续扫描等问题,提出了一种基于石墨烯(GNP)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)构成的复合材料的低压直流电驱动可调谐纳米光栅,并对光栅整体结构进行了设计。利用COMSOL Multiphysics软件研究了光栅结构尺寸和驱动电压对光栅周期和膜层温度的影响规律。分析结果表明,在低电压驱动下膜层最大温度变化约为160 ℃,光栅周期在5 s内的最大调谐量为160 nm。此外,在不同的驱动电压下,光栅周期和膜层温度的变化规律是相似的,这满足了工业气体的不同检测需求。

透明介质材料具有高透光性、高耐热性和良好的耐腐蚀性,被广泛应用于航空航天、微电子器件和光学元件等领域,这些应用对透明介质材料微纳加工的精度与质量提出了一定的要求。超快激光具有超高的峰值强度与超短的脉冲持续时间,可突破衍射极限并极小化热影响区,具有出色的加工精度与加工质量,为透明介质材料的微纳尺度加工提供了多样化的手段。综述了透明介质材料的超快激光微纳加工研究进展,包括超快激光加工透明介质材料的内部结构、相关机理和应用领域三个方面,并对透明介质材料的超快激光微纳加工进行了总结与展望。