创新设计了一款操作灵活、方便、适于生物医学原位检测的反射式近红外（NIR）光纤探头，通过将自聚焦透镜耦合到NIR光纤探头的顶端，并对探头结构、光纤排布进行全新设计，使光纤探头具有更高的测量精度和收集效率。通过耦合傅里叶变换近红外光谱仪对蔗糖样本进行NIR光谱采集，发现该反射式NIR光纤探头具有高效便捷的特点以及较高的光谱重复性和信噪比。采用该光纤探头对犬膝关节股骨端关节软骨进行NIR光谱离体原位检测，这些光谱数据经一阶导数2次多项式21点Savitzky-Golay平滑预处理后再进行主成分分析和Fisher判别分析。模型初始案例和交互验证案例正确识别率分别为97.62%、90.47%，样本预测集的识别率达96.43%，证明了采用该NIR光纤探头进行NIR光谱原位检测的有效性及骨关节炎识别的可行性，可为骨关节炎的临床诊断奠定实验基础。

超透镜是一种由二维亚波长阵列结构表面所设计的透镜，其对光场中振幅、相位和偏振的调控能力较灵活，同时具有低损耗、易集成、超轻薄等优点，近些年引起了科研人员广泛的研究兴趣。然而在大多数情况下，针对特定波长设计的超透镜会遭受较大的色差，从而限制了其在多波长或宽带应用中的成像作用。超透镜因其二维平面结构引入了新的自由度，在对色差的消除上体现了新的潜力。文中报道了多种不同的消色差超透镜设计及其消色差调控机理，并对现有的消色差超透镜从调制波段类型进行了分类，如对离散波长的和对连续波长的消色差超表面透镜，后者又可从工作模式上分类为透射型和反射型，最后介绍了超透镜阵列在成像上的应用以及其在大景深宽带消色差器件上的前景。

常温常压下，采用波长532 nm的Nd：YAG纳秒激光器激发诱导空气中的铝合金，由高分辨率的光谱仪和ICCD对等离子体发射光谱采集和实现光电转换。研究激光能量、ICCD门延迟和聚焦透镜到样品表面的距离（lens-to-sample distance，LTSD）对谱线信号强度和等离子体电子温度的影响，并分析了产生影响的物理机制。结果表明，固定ICCD门延迟和LTSD，随着激光能量的增大，谱线强度和电子温度均增大；计算结果表明，当激光能量从20 mJ增加到160 mJ时，原子谱线Al I 396.15 nm，Mg I 518.36 nm，离子谱线Mg II 279.54 nm谱线强度相较于20 mJ分别提高了12.83，6.45，10.56倍。固定激光能量和LTSD，ICCD门延迟在100～4 000 ns范围内变化时，随着延迟的增加，谱线强度和等离子体电子温度均呈指数形式衰减。固定ICCD门延迟和激光能量，采用焦距为75 mm的聚焦透镜，研究了LTSD对等离子体参数的影响机理。结果表明，聚焦透镜到样品的距离对等离子体的谱线强度和电子温度有较大的影响。等离子体的特征谱线强度和等离子体的电子温度的变化规律基本一致，分别在聚焦透镜到样品表面的距离为73 mm和79 mm处取得峰值，并在73 mm处对应最大值。

设计了一种在轴向能够实现焦点延长的双焦点超表面聚焦透镜.改变二氧化钛纳米微元的长宽比和旋转角度，对传输相位与几何相位进行同时调制，实现对一组正交偏振态入射光的分别独立控制.设计的超构表面能将左旋和右旋圆偏振光聚焦在轴向邻近位置实现焦点长度的轴向扩展.超表面在波长为650 nm的线偏入射光照明下，可以在实现焦点长度2倍扩展的同时，较好地保持焦点的横向宽度.若入射光为椭圆偏振态，还能够实现最终生成的焦点形状优化或两个焦点的切换.

针对一种快轴半功率角为23°的商用蓝色单管半导体激光器，设计制作了由直径为1.8 mm的自聚焦透镜、直径2.5 mm的柱透镜以及体布拉格光栅组成的光学系统以产生线结构光.研究结果表明，该方案可以实现在距离系统5.5 m处束宽为0.48 mm、在5.5±0.5 m范围内束宽低于0.60 mm的线结构光输出，可为线结构光测量方案的选择提供新的思路.