为实现太赫兹介质波导与金属波导之间模式的转换，设计了一种低损耗、高耦合效率的锥形波导耦合器。通过有限时域差分法（FDTD）对该结构的传输效率进行了仿真优化。仿真结果表明：锥形波导耦合器在170～220 GHz频段，其基模的传输损耗极低；在190～200 GHz频段，其TM基模的传输损耗接近无。该功能器件可以用于集成太赫兹芯片的耦合。

针对红外探测器制作特性的要求，改善制作材料的物理性能，为此研究了经硅掺杂的InAs/GaSb二类超晶格薄膜（由MOCVD生长）在12~300 K温度范围下的磁输运性质。用范德堡法进行电学测量，应用霍尔效应原理，计算各温度下样品的迁移率和载流子浓度。在低温下，观察到了薄膜的弱局域效应（weak localization, WL），且发现硅的掺杂使其有更好的WL稳定性。并用三维Kawabata模型来拟合弱局域效应，得到相位相干长度的值，解释了掺杂n型硅对于InAs/GaSb二类超晶格量子局域化的有利性，从而为红外探测器件的开发提供了有价值的参考。

通过在空间光调制器（SLM）上加载相位图或通过光刻加工微型圆锥状结构可以产生贝塞尔光束阵列。然而，典型空间光调制器具有比波长大一个数量级的像素尺寸，这限制了相位梯度的可用范围，用光刻法加工的微型锥透镜的顶端不是标准的圆锥，这影响了贝塞尔光束的质量。为了克服这些缺点，将复杂的相位图加载到电介质超表面上，设计了一种可以产生阵列贝塞尔光束（在波长700 nm处，NA=0.3）的超表面器件。该器件可以宽波段工作，其单元结构在波长580~800 nm范围内的偏振转换效率均超过57%。利用时域有限差分算法（FDTD）对该器件（厚度为380 nm，直径仅为40 μm）进行了仿真，所产生的阵列光束都垂直于超表面器件。所提出的阵列贝塞尔光束发生器具有纳米级别的厚度和几十微米的直径，这对于未来的集成光学领域具有很大的应用前景。

为了快速区分人参和西洋参，依据两者所含的人参皂苷在太赫兹波段具有不同指纹光谱，提出了一种基于人参皂苷的太赫兹光谱鉴别人参和西洋参的方法。采用MATLAB软件识别人参和西洋参的太赫兹光谱，同时根据太赫兹光谱特征并通过标准的主成分分析(PCA)区分出人参、西洋参。实验结果表明，基于太赫兹光谱的主成分分析可精确区分出人参、西洋参，并且还可以应用于其他类似物质的区分中。

为了自动检测视网膜眼底图像中的糖尿病视网膜病变(DR)，缩减眼科医生工作量，提供视网膜疾病检测和诊断的辅助工具，提出了基于Inception-v3模型的深度迁移学习方法对DR图像进行自动检测。使用ImageNet大数据集预先训练过的Inception-v3模型，将之前传递层参数固定，采用不断微调的方法，通过自行收集的数据集对模型的最后一个完全连接层进行重新训练得到新的分类器。实验结果表明，所提出的方法无需指定病变的特征就能够获得高精度预测和高可靠性检测。除了帮助眼科医生作出诊断决定之外，还可以基于视网膜眼底图像帮助自动筛查早期DR。

分置型近场多输入多输出（MIMO）雷达的回波幅度因收发机相对于目标角度的不同而存在差异，为此提出了一种基于波束指向调整的MIMO雷达回波幅度校准方法。利用天线波束指向与回波幅度变化的转换关系，通过波束指向调整实现对天线回波幅度的间接调整，从而校准各通道间回波幅度的差异。同时利用一种常规的几何分置型MIMO阵列对所提方法进行了验证。研究结果表明，回波幅度差异校准能显著地提升近场分置型MIMO雷达的成像性能。

为了突破球面反射镜面形对传统Kirkpatrick-Baez（KB）显微镜空间分辨率的限制，建立了一种非球面KB显微成像系统的光学设计方法。利用椭圆柱面反射镜代替球面镜，通过几何关系计算出反射镜参数的数学表达式，结合主要光学结构参数对空间分辨率影响的定量分析，提出了一组适用我国现阶段强激光装置的非球面KB显微镜的结构参数，并在实验室内开展背光成像实验。实验结果表明，在中心视场，其空间分辨率优于2 μm，在200 μm的视场范围内，空间分辨率优于5 μm，集光立体角可达1.3×10^?6sr。非球面KB显微镜有效提高了KB显微镜中心视场分辨率，符合内爆靶减速阶段的高分辨诊断需求。

光场的光强信息和相位信息成像在医学、光学测量、三维成像等领域至关重要。设计了一种无需参考光束即可实现光场复振幅成像的单像素成像系统。该成像系统通过相位型光学掩模对光场信息进行调制，利用无分辨率的光电探测器探测调制后的光强信息，应用phaselift算法恢复光场的光强与相位信息。利用单像素成像系统对衍射光场及透明聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜物体进行了成像实验，从成像结果中可以清晰看到衍射环的光强信息与相位信息。实验中物体薄膜的相位差为0.053，刻线宽度为220 μm，实验得到图像相位差为0.046和刻线宽度为256 μm，与传统检测手段得到的图像信息非常接近。该系统的成像光路无需参考光束，系统简单便于集成，促进了便携式成像系统的发展，可应用于宽光谱成像，在光场复振幅成像方面具有较大发展潜力。

为了提升太赫兹（terahertz，THz）通讯容量，设计了一种基于单层超表面的激发近场等离子体涡旋偏移的太赫兹器件。基于几何相位超表面，采用FITD（时域有限积分）软件，对该器件的近场涡旋偏移进行了仿真研究。结果表明，所设计的器件在圆偏振光的入射下，能够实现空间任意位置的偏移。该类功能器件在一定程度上提升了太赫兹通讯容量，可应用于6G技术中。

为了实现太赫兹信号的可调谐滤波，设计了一种基于柔性材料的太赫兹可调谐滤波器。通过扭曲特氟龙（Teflon）波导形成环型谐振器，实现了160～200 GHz频段的带阻滤波功能。改变谐振腔长可实现自由频谱范围（FSR）和滤波频点的调谐，实验测试了自由频谱范围在1.9 GHz和2.8 GHz间切换以及相应的滤波特性。研究表明，谐振腔长一定时，改变弯曲半径可实现滤波阻带抑制度的调节，柔性材料太赫兹环型谐振器可用于可调谐滤波，且具有较高的自由度。

为了获得高Q值激光器，利用光学微球谐振腔具有高Q值、低阈值和利于集成化等优点，制备了掺苝聚合物微球。通过改变实验试剂的用量，实现了对微球直径的控制。研究表明：所制备的微球表面光滑，形貌特征完好，是优良的回音壁腔体；在飞秒激光泵浦下，无论是单个微球还是聚集的微球都能激发出激光，具有良好的应用前景。

为了研究电磁诱导透明效应在拓扑单向波导中的表现，设计了一种基于磁性光子晶体的耦合谐振腔波导。通过对谐振腔位置的调控实现了具有单向性质的电磁诱导透明效应，并利用有限时域差分仿真证明了电磁诱导透明效应在单向拓扑波导中的相关特性。该研究可为拓扑波导中实现光延迟、光开关等提供参考。

为了有效地对太赫兹波进行增强和连续控制，提出一种通过外部空间干扰调制太赫兹波的空间分布对太赫兹波进行增强和连续控制的方法。通过理论计算对比了未放置和放置空心金属波导的太赫兹波的空间分布，并研究了通过外部空间干扰改变太赫兹波传播路径对太赫兹波空间分布的影响。研究表明，采用改变空心金属波导和激光拉丝相对位置的方法，可以得到连续调控的太赫兹波的空间分布，并且太赫兹波空间分布的最强点能量强度增强了近5.9倍，可为宽带太赫兹波的连续调控提供参考。

为研究气体密度对多色激光诱导空气等离子体拉丝辐射太赫兹波的调控作用，建立了由激光拉丝辐射太赫兹波的理论模型。该模型可描述太赫兹波的产生和随后的传输过程，基于该模型和仿真计算，研究了气体密度对太赫兹辐射的影响。结果表明，气体密度会影响激光拉丝的瞬时电流分布与太赫兹波的传播相位，进而影响激光拉丝的太赫兹辐射强度，使太赫兹辐射能量随气体密度的变化呈现非线性变化。该理论研究对激光拉丝物理过程的认知具有重要的参考意义。