基于人工表面等离子体激元（SSPPs）的一阶高次模，设计了一种具有优异带通性能的滤波器。所采用的SSPPs单元结构为类八木天线结构，该结构可以有效降低SSPPs的渐近频率。此外，通过改变SSPPs单元结构的几何参数，可独立控制其渐近频率和与自由空间中光线的交点频率。与具有低通特性的SSPPs基模相比，一阶高次模具有天然的带通特性，且不需要采用额外的阶梯渐变过渡结构。为了验证SSPPs高阶模式应用于带通滤波器设计的可行性，制作并测量了基于该方法的SSPPs滤波器。测试结果表明，该滤波器在6~9.9 GHz的通带频率范围内的插入损耗小于1 dB，带内回波损耗优于10 dB，实验结果与仿真结果具有良好的吻合度。

金属薄板结构在加工制造和服役的过程中，通常会伴随着残余应力和外部应力，过大的应力会使薄板产生变形，严重影响整体结构的正常工作。应力状态的评价是判断工程构件是否安全和可靠的一项重要指标，超声应力检测法是一种有效的应力无损测量方法。针对超声应力测量技术对薄板结构应力灵敏度不高且研究较少的问题，提出了一种基于超声高阶兰姆波的薄板应力测量技术。首先，基于Bloch-Floquet边界和域约束的有限元特征频率法，研究了兰姆波各高阶模态的声弹性效应，选取应力敏感的兰姆波模态。然后，搭建超声兰姆波应力测量系统，在特定频率激励A1模态，并在均匀薄板中进行应力标定。最后，在非均匀薄板中进行应力检测，成功检测出薄板中不同位置的应力，且最大应力误差为15 MPa。结果表明，该文从理论和实验方面验证了超声高阶兰姆波的薄板应力测量技术，可以实现金属板材中的应力准确测量。

连续变量压缩态光场在量子信息处理中占据重要的地位，其最有效的产生方式是光学参量振荡器。目前大多数研究集中于基模压缩态光场，而高阶模的相位分布以及强度分布相比基模更为复杂，基于不同阶模式的特点及正交特性，高阶模压缩光为量子通信与量子精密测量等领域带来广泛的应用前景。本文介绍了基于光学参量振荡器制备连续变量高阶模压缩态光场的实验研究进展，阐述了目前常用的两种产生高阶模压缩态光场的方式，包括运转于高阶模OPO和基模压缩光结合模式整形装置。

表面等离子体共振(SPR)技术在外界环境折射率测量上有着广泛应用。设计了一种对称平板波导结构，利用时域有限差分法对波导结构中SPR效应与外界环境折射率的关系进行数值模拟，对金属材料选择以及传感区域长度进行了优化，并研究了不同阶次的模式对传感器灵敏度的影响。仿真结果表明：当外界环境折射率为1.38时，相较于基模条件下4100 nm/RIU的灵敏度，三阶模传感器的灵敏度提高到6209 nm/RIU，最大灵敏度提高了51%；当外界环境折射率为1.34~1.38时，传感器平均灵敏度从2900 nm/RIU提高到4025 nm/RIU。

本文介绍了一种通过控制入射与出射光场的偏振对空间光调制器相位调制特性进行测量的方法。实验上对日本滨松公司生产的X10468-03型液晶空间光调制器的相位调制特性进行了测量,全程只需两分钟即可完成．并对相位调制校正前后光束整形系统产生的拉盖尔高斯LG33模的强度分布进行对比,经相位调制校正后LG33模的纯度提高了15％。

BEPCII在设计阶段从束流不稳定性和寄生模损失角度对阻抗提出了限制，但在BEPCII运行中寄生模损失是影响高流强稳定运行的因素之一。针对BEPCII电子环的寄生模损失进行了测量，主要是基于同步相移随流强的微小变化、束流功率测量和高阶模吸收器的功率。测量结果表明：两种方法对比测量全环寄生模损失，结果重复可信，且全环寄生模损失是超导腔寄生模损失的4~5倍。

提出并研究了一种带有环形出光孔的倒置表面浮雕结构垂直腔面发射激光器.该器件最突出的结构特点在于,支持稳定的单高阶横向模式激射.在输入电流为六倍阈值电流时,输出功率高达9.8 mW,边模抑制比将近30 dB.在外界为360 K高温时,输出功率仍可达4 mW.且其远场表现出的高斯光束发散角较小.

高灵敏度是微质量传感器准确探测细菌、病毒和气体等物质的关键指标。虽然借助微型化的高阶模态梁振动可以有效提升探测灵敏度, 但微尺度效应也降低了传感器的抗环境干扰能力。因此, 如何在特定尺度约束下提升高阶模态传感器的灵敏度已成为谐振式微传感器设计的前沿问题。本文在研究弹性梁几何构型、压电层尺寸与有效质量分布对振动模态影响关系的基础上, 建立了压电驱动多阶梯梁式微质量传感器的灵敏度分析模型, 以传感器灵敏度提升最大为目标, 建立了高阶振动模态下悬臂梁几何构型优化设计模型, 得到了在不同振动模态下具有最高灵敏度的悬臂梁构型, 使同尺寸传感器的灵敏度提升了10.0~15.0倍。考虑驱动位置与制造成本约束, 设计并研制了具有六阶梯梁结构的高阶模态微质量传感器。实验结果表明, 总长度为17.6 mm的六阶梯梁微质量传感器的灵敏度为18.8×104 Hz/g, 考虑制造误差的影响, 其二阶模态灵敏度为同尺寸等截面梁传感器的10.0倍, 较一阶模态同尺寸传感器灵敏度提升了19.8倍, 从而验证了所提出的高阶模态微质量传感器灵敏度提升方法的有效性和可行性。

为了进一步提高光纤通信传输容量以及突破单模光纤的容量极限,提出了一种新型的模式复用器结构,该结构可以将单模光纤中的纤芯基模转换为双模光纤中的高阶模。基于耦合模理论,通过MATLAB仿真与计算,证明此复用器的模式转换率可以达到100%,转换带宽为10 nm。由于其良好的转换效率和带宽,此复用器装置可以用于模分复用传输系统中来增加光纤通信的传输容量。

在基于大模场面积的高功率光纤放大器中，随着放大激光功率的提升而出现的高阶模激发现象，将会导致放大激光的光束质量严重下降。以光纤模式的弯曲损耗特性为基础，研究了光纤弯曲半径对高功率全光纤放大器高阶模激发阈值特性的影响。搭建了掺镱全光纤窄线宽高功率主振荡放大系统，设计了不同弯曲半径的水冷光纤盘，进行了相应对比实验。通过优化光纤盘半径，成功抑制了高功率光纤放大器中的高阶模激发，得到了千瓦量级的近单模激光输出，在输出功率为1.31 kW 时光束质量因子M2约为1.4。