La₂O₃-TiO₂玻璃以其折射率高、光学性能优异，在透镜、光学窗口、光通信等领域具有广阔的应用前景。受限于玻璃形成能力, 人们难以制备出大尺寸La₂O₃-TiO₂玻璃, 这严重限制其应用。本研究通过引入网络形成体GeO₂, 有效提高了玻璃形成能力, 从而可用常规方法制备大尺寸的GeO₂-La₂O₃-TiO₂(GLT)玻璃。差热分析表明, GLT玻璃具有较高的玻璃转变温度和抗析晶性能, 玻璃转变温度T_g和ΔT (ΔT=T_c-onset-T_g)分别大于833和209 ℃。最大折射率为2.06, 在可见光和近红外波段的透过率可达78%。实验还研究了Ti含量对GLT玻璃结构、热学和光学性能的影响。结果表明, 随着钛含量增加, 玻璃的形成能力和热稳定性均减弱。摩尔体积V_m和氧离子极化率α_i的变化趋势与折射率一致。GLT玻璃对开发高性能、轻量化、小尺寸的新型器件具有重要意义。

为了丰富当前可用红外材料的种类，满足新一代红外成像光学系统的轻薄化设计需求，充分利用硫系玻璃组分可调和色散参数可选两大特殊优势，开发了新型硫系玻璃材料，并且在同一系统指标要求下，分别对基于传统红外材料和基于新型硫系玻璃设计的红外光学系统进行了性能对比。基于高折射率硫系玻璃的中波双视场红外光学系统，有效实现了去锗化设计，与基于传统红外材料的红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了35%，长度减少了15%，透过率提高了10%。基于叠层梯度折射率(gradient refractive index, GRIN)硫系玻璃的共光路、共焦面双波段红外光学系统，在非制冷型中/短波红外成像光学系统中首次实现了胶合透镜的设计，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了40%，长度减少了30%，透过率提高了15%；在制冷型中/长波红外光学系统中，具有不同折射率差值Δn的GRIN硫系玻璃展现出卓越的色差校正能力，与基于传统红外材料的双波段红外光学系统相比较，光学系统质量减轻了20%，长度减少了20%，透过率提高了18%。设计结果表明，新型硫系玻璃的出现，是对现有红外材料的有益补充，为新一代红外成像光学系统提供了更为丰富的材料选择和更多的设计自由度，是实现轻薄化透射式红外光学系统的重要技术途径。

倏逝波的强弱决定了波导型倏逝波传感器的探测极限。在波导表面涂覆一层高折射率树脂薄膜，提高光波导外倏逝波的占比。高折射率薄膜的涂覆可以大幅度改变波导中的光场分布，并提高倏逝波强度。通过研究不同折射率下倏逝波占比与镀膜厚度间的相互关系，得到了不同折射率下的覆膜最佳厚度。通过激光诱导波导自成型技术在聚合物波导上涂覆了一层折射率为1.6，厚度为300 nm的树脂薄膜。光谱测量结果表明，经过薄膜涂覆后，传感器对罗丹明B水溶液的吸收检测极限提高至1×10⁻⁹ g/mL ，比未覆膜传感器高了10倍。该传感器成本低、体积小、制作简单、灵敏度高，在各个领域都拥有广阔的应用前景。

研究了一种940 nm GaAs基VCSEL的高折射率对比度亚波长光栅反射镜（HCG），采用GaAs/AlO_x光栅结构，讨论了TE偏振时光栅结构中各参数对反射光谱的作用规律，分析TE、TM不同偏振时反射镜的结构特点，及形貌误差对高反射带的影响。设计的TE-HCG的高反射带中心为940 nm，在0.888～0.985 μm波长范围内，TE波反射率大于99.5%，TM波反射率低于90%，高反射带宽97 nm，Δλ/λ₀>10%。该反射镜可以与VCSEL采用一次性外延生长技术制作，且具有结构简单，制作容差大，且偏振稳定的优势，不仅有利于改善器件性能，且大大降低VCSEL的制作难度和成本。

设计了一种用于850 nm GaAs基VCSEL的高折射率对比度亚波长光栅（HCG），整体结构采用GaAs材料体系，包含光栅层及为缓解其应力问题而设计的应力缓冲层和以AlGaAs或AlAs氧化后形成的AlO_x低折射率亚层。通过Rsoft软件对HCG的反射特性进行仿真研究，分析了不同光栅参数对反射谱的作用规律，重点探究了应力缓冲层和低折射率亚层对光栅特性的影响。设计了中心波长850 nm 的TM模HCG，反射率大于99.9%的带宽可达91 nm，与中心波长之比达到10.7%，同时TE模的反射率不超过90%，显示出了良好的偏振选择性。该结构可以替代VCSEL中的P型分布式布拉格反射镜，提供高反射率、宽带宽，并改善由不同材料体系所导致的应力问题，提高器件稳定性。