里德堡原子具有很大的极化率和跃迁偶极矩, 因此它对外界电磁场非常敏感, 结合量子干涉效应可实现太赫兹场的高灵敏度探测。采用外加电场的方式来调谐太赫兹里德堡激发态能级至Förster共振，转变了原子间相互作用的方式，进而改变了阻塞区域的大小。通过对比范德瓦耳斯和偶极–偶极2种作用方式下的主量子数以及共振激光拉比频率的变化对阻塞区域的影响，发现Förster共振电场调谐下的偶极–偶极相互作用导致的阻塞效应更强，造成的阻塞区域半径可以是范德瓦耳斯相互作用下的2～3倍。根据这一特点，可利用外电场调控里德堡原子间相互作用来增强阻塞效应，这对太赫兹里德堡跃迁中高质量单光子的制备以及原子检测准确度的提高具有参考意义。

基于全保偏掺铒光纤激光器、锁相环系统和太赫兹测距光路搭建了一套太赫兹双光梳测距系统。所采用的全保偏掺铒光纤激光器重复频率为79.261 MHz。利用压电陶瓷(piezoelectric ceramics, PZT)和步进电机(stepper motor, SM)双级反馈控制的方案，实现了重复频率锁定和重复频率1.54 MHz可调。使用频率计数器对双光梳重复频率锁定效果进行监测，重复频率锁定的峰峰值抖动为±1.5 mHz，抖动标准差为0.4 mHz。将双光梳重频差设置在10 Hz，10 min内重复频率差最大抖动为3 mHz，标准差为0.6 mHz。进一步将异步采样双光梳系统应用于太赫兹测距，测量移动距离的误差为3 μm。该系统具有锁定精度高，稳定性强等优势，有望应用于生物无损检测和工业精密加工中。

为了实现在近红外波段测量介质中颗粒的粒径，提出了一种基于消光光谱结合数据库技术的颗粒粒径反演方法。首先通过全散射消光的Lambert-Beer定律计算生成与颗粒粒径大小及分布相关的消光光谱数据库，然后用数据库处理算法比较数据库中数据与实测颗粒消光光谱数据，两者最佳吻合所对应的数据库中颗粒粒度及分布参数即为所求值。分别对颗粒的单峰和双峰粒度分布进行数值仿真，仿真结果的体积频率分布的相对均方根误差小于10%。利用3种不同粒度的国家标准颗粒进行实验验证，实测得到粒径D50的相对误差均在10%以内，仿真及实验对所提算法的验证得到了满意的结果。研究表明，将数据库技术及算法应用于近红外窄波段消光法颗粒粒度的测量是可行的和有效的。

为减少待测物体位置变化时光谱系统受到的噪声干扰以及峰值定位误差，基于卡尔曼滤波算法原理，提出一种将Voigt寻峰定位的结果作为观测误差并进行最优估计来提升共焦系统测量精度的方法。先进行标定实验，确定光谱共焦系统的测量范围及精度；再依次对比中值滤波、Savitzky-Golay滤波以及快速傅里叶变换滤波等对光谱信号去噪的处理情况，并选用高斯、洛伦兹以及Voigt拟合等方法寻峰定位。同时，分析了Voigt拟合中的峰值提取、高斯宽度、洛伦兹宽度以及幅值误差对拟合精度的影响。实验结果表明，系统的测量范围可达3 mm，中心光斑半径增大了近1.79倍，采用卡尔曼滤波算法能够降低系统中的噪声引起的定位误差且系统精度能够提升11倍，满足高精度的测量需求。

研究了太赫兹散射式扫描近场光学显微镜（Terahertz scattering-type scanning near-field optical microscopy，THz s-SNOM）对亚表面金属微纳结构的显微成像检测。首次采用自主搭建的THz s-SNOM系统对表面覆盖了六方氮化硼薄膜的金微米线进行太赫兹近场显微测量，获得了具有纳米量级空间分辨率和较高对比度的近场显微图。结合全波数值模拟，分析了THz s-SNOM探测亚表面金属微纳结构的空间分辨率、近场散射信号强度和成像对比度。研究表明，THz s-SNOM具有优良的亚表面显微成像检测能力，可应用于微纳电子器件的亚表面结构表征和缺陷检测。

针对全光纤干涉仪工作距离短、测量范围小等问题，提出了一种基于正弦相位调制的全光纤干涉系统，在参考臂通过电光调制器引入的调制参考光，与探头接收到的目标反射光产生干涉。根据锁相放大原理从干涉信号中提取出正交分量后，首先建立由正交分量构成的观测模型，通过卡尔曼滤波对正交分量的幅值和偏置进行迭代估计和修正，降低由相位延迟、调制深度漂移、寄生干扰等导致的幅值漂移和附加偏置；然后利用反正切法对反射光与参考光之间的相位差进行解调。开展了模拟干涉信号的相位解算仿真模拟和位移测量实验。仿真和实验验证了该算法解算相位的有效性。结果表明，该位移测量系统的工作距离可达到20 cm，测量精度为10 nm。

角锥棱镜由于本身缺陷会导致失偏效应。在平面镜外差干涉仪中，使用一种保偏反射镜组替代角锥棱镜，以减小外差干涉仪的非线性误差。根据这个平面镜外差干涉仪的基本光路图，基于偏振分光棱镜和角锥棱镜的基本光学特性，分析了平面镜外差干涉仪中3个偏振分光棱镜偏摆角、仰俯角和滚动角，保偏反射镜组中2个偏振分光棱镜之间的间距和角度，以及角锥棱镜的偏摆角和仰俯角等误差对干涉仪的影响。推导出外差干涉仪中各个光学元件的最大安装误差，并规定好其加工精度，确保外差干涉仪性能。

眼底血管图像在临床中通常被用于眼部疾病的诊断及监测，其中血管的形态结构能够反映疾病的重要特征，因此，眼底血管图像的分割处理对眼部疾病的诊断和预防具有十分重要的医学意义。针对目前人工智能主流算法中卷积和池化操作会导致很多特征丢失，提取特征时会忽视图像中的空间信息，图像中的细小血管很难分割出来等问题，基于U-net模型进行了相关研究，结合空间注意力模块对空间特征进行细化，同时提出了一种下补偿结构LC-SAnet。该结构能够减少网络提取特征信息过程中的特征损失，从而提高分割精度。研究实验在DRIVE数据集上完成，LC-SAnet的分割准确率达到96.97%，F₁值达到74.36%。结果证明，LC-SAnet表现出更好的分割性能，对细小血管的结构识别更加准确。

基于Kekulé晶格，验证了物质拓扑相与晶格原子间耦合作用之间的关系，研究了非厄米效应对拓扑绝缘体的影响。设计了两种格点增益损耗分布方式，分别说明了不同增益损耗对体态能谱、边缘态能谱的影响。随着增益损耗值的增大，体态能谱和边缘态能谱将经历能带间隙减小，能带在临界值处关闭形成狄拉克点，随后狄拉克点劈裂形成一对奇异点的过程。区别于传统对Kekulé晶格的研究，在保持系统胞内耦合作用相同的基础上，将胞间耦合作用分化为水平方向和垂直方向的两个量，分别进行调控，验证了拓扑边缘态能谱中能带间隙的有无不仅与几何边界相关，也受系统胞间耦合相互作用的调控。

表面增强拉曼散射(SERS)因其具有高达单分子检测量级的灵敏度，在医学诊断、食品安全、环境监测等领域有着较大的应用前景。制备具有高密度“热点”的SERS基底是这项技术走向实际应用的关键。双连续结构的纳米多孔金属由于近邻纳米结构之间的耦合效应，所以具有很好的SERS增强特性。采用溅射方法制备了银锌合金前驱体，采用自由脱合金工艺和电化学脱合金工艺制备了具有纳米多孔结构的银基底，通过调制脱合金参数，获得了具有高增强因子的SERS基底。所制备的纳米多孔银基底对结晶紫的检测极限达到了10⁻¹² mol/L，可应用于超灵敏检测。