为了研究部分刻蚀光栅对波导光栅衍射光束的影响，提高集成光子学设计自由度，通过有限时域差分法仿真分析了分别在光栅边缘或中间进行波导部分刻蚀后的不同结构的性质，输入光波长为1 400～1 700 nm，覆盖1 550 nm通信波长，仿真结果表明：边缘刻蚀方法具有更高的辐射率、更低的反射率，并且可以控制辐射光场的强度分布；中间刻蚀方法波导中的反射能量更强且线宽更窄。2种刻蚀方法下，光栅尺寸越大则辐射率越高；当光栅尺寸固定，波导宽度越大则边缘刻蚀的辐射率越低。波导光栅的部分刻蚀方法可以用于集成光路的设计优化。

光电探测器在通信、检测和医疗等领域应用广泛，随着航空航天、夜视、遥感、热成像、汽车互联和消费电子等行业的发展，人们对超宽带探测器的需求也越来越迫切。现有的超宽带探测是使用不同材料、不同探测频段的多个光电探测器，集成度不高，阻碍了上述应用的发展。因此设计了石墨烯微米条–金属光栅复合结构的光电探测器，该器件在太赫兹、红外和可见光波段都可产生光电响应。在可见光范围内，金属光栅将探测器的探测灵敏度从1.1 mA/W显著提高至2.5 mA/W。该研究为基于石墨烯的超宽带光电探测器的设计提供了新的思路。

二维钙钛矿的宽带发射引起了人们对单组分白光二极管的兴趣。二维钙钛矿(PEA)₂PbBr₂Cl₂和(C₆H₁₈N₂O₂)PbBr₄具有软晶格特性，因而能产生很强的光声耦合作用，使得受激产生的电子–空穴对（激子）很容易引起晶格畸变从而被晶格捕获，形成自陷激子（self-trapping excitons，STEs），发射出全光谱白光。研究表明：这2种材料的半高全宽可以达到232 nm和194 nm；斯托克斯位移分别为182 nm和198 nm；荧光寿命为9.812 ns和13.465 ns。它们在CIE色度图上坐标分别为（0.36，0.40）和（0.40，0.44），显色指数（color rendering indexes，CRI）为86.93和82.23。基于这2种钙钛矿，结合商用的紫外LED，制成的复合型LED色温在5000 K左右，为设计单组分白光二极管提供了新的思路和方法。

光子筛不受衍射极限限制且设计结构灵活，是一种新型衍射元件。相比于振幅型光子筛，相位型光子筛能量透过率更高，成像对比度更加尖锐，具有应用优势。然而，常见衍射光学器件面临加工复杂及难以调制等局限。石墨烯及其衍生材料具有良好的光电调制特性，被广泛用于衍射光学器件制备。利用激光直写技术可实现诱导还原氧化石墨烯，是一种简单高效的微纳加工技术。利用时域有限差分方法研究光子筛的衍射特性，并基于激光直写技术制备氧化石墨烯光子筛。通过不同激光功率加工可获得材料的折射率调制，器件实现了明显的焦距调制(1.62 mm)和聚焦效率的提高(13.6%)。该方法有望为实现可调制衍射光学元件提供简便、灵活的设计与制备手段。

具有轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)的涡旋光束因其无穷的空间状态，在经典光学和量子光学中备受关注。近年来，通过引入分数OAM的涡旋光束来增加OAM模式维度的复用能力。然而，如何高效探测分数OAM模式仍然是一个有待解决的问题。通过逆向设计结合坐标转换的方式对分数OAM模式进行探测。首先，分数OAM模式通过扇形转换调制，得到螺旋相位梯度成倍增加的光场。其次，通过对数转换的转换相位叠加逆向设计的补偿相位调制光场。最后，实现对拓扑荷数间隔为0.1的21阶OAM模式的探测。结果发现，两束复用分数OAM光束经过系统后，光斑能被分开的最小间隔为0.6。同时，系统仍然能保持83%的高衍射效率。这为解决高效率、超高维度的光学处理领域提供了一种有效的方案。

针对高阶正交振幅调制（quadrature amplitude modulation，QAM）信号难以调制分类的问题，提出了一种基于改进型Transformer的深度学习调制分类方法，通过并行2个Transformer的编码器，分析了在加性高斯白噪声（additive white Gaussian noise，AWGN）信道下，从4 QAM到4 096 QAM的10种调制格式在信噪比从−10 dB到30 dB的自动调制分类效果。首先将QAM信号的正交、同相分量提取出来并进行预处理操作，再将预处理过的同相分量和正交分量分别通过2个Transformer编码器来提取分量特征，最后将2个提取到的分量特征进行组合来判断QAM信号的调制格式。实验结果证明：在没有载波频率偏移影响且信噪比大于20 dB时，网络可以准确识别出10种QAM调制格式；在载波频率偏移为500 Hz且信噪比大于26 dB时，网络对10种QAM调制格式的分类准确率高于98.6%。

飞秒激光驱动的太赫兹 (terahertz, THz) 光电导天线是THz时域谱系统中常用的THz源，受全向辐射模式的影响，该光电导天线的天线主瓣小，方向性差。对波束的有效操控将有助于提高光电导天线的发射效率。以低温生长的砷化镓 (LT-GaAs) 作为天线基底材料，通过电磁仿真软件CST对蝶形天线辐射THz波的电磁分布特性进行仿真，研究了介质透镜对蝶形天线辐射出的THz波的操控。通过对透镜扩展厚度的理论与数值分析，得出一定频率下的最佳透镜扩展厚度值。仿真结果表明：随着频率的提高，蝶形天线在加载更小扩展厚度的硅透镜时可获得更好的方向性。

通过设计优化微纳光子结构实现红外辐射光谱调控已成为一个研究重点。近年来，神经网络逆向设计因其自由度高，速度快，性能好等优势，引起了广泛关注。提出了基于神经网络的微纳光子结构红外辐射计算和逆向设计。具体来讲，即针对多层介质薄膜结构，建立多层感知机神经网络模型，通过对样本数据的训练建立多层薄膜的厚度与其红外辐射光谱的映射关系，从而实现了薄膜结构的辐射光谱计算及逆向设计。同时将设计出的薄膜应用到辐射制冷领域。结果表明，即使是在3%的太阳辐射吸收和6 W/(m²·K)的非辐射换热系数的情况下，薄膜辐射制冷器依然能够将温度降低到低于环境温度7 ℃左右。该研究成果将对红外辐射等应用领域产生重要的影响。

超透镜凭借其独特的优势逐渐取代或补充了传统的折光和衍射透镜，从而领先小型化高性能光学设备和系统。这种小型化有望带来紧凑的纳米级光学设备，应用于相机、照明、显示器和可穿戴光学。但在传统的超透镜设计中，几何相位通常需要左右旋圆偏振光的手性限制。为了使其不再局限于左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)入射，设计了基于几何相位的全介质超透镜，实现了线偏振光的近场聚焦，其与超表面滤光片主要输出波长(可见光波段)一致。采用有效时域差分法研究并验证了超透镜各变量对光场聚焦特性的影响，超透镜等其他超表面光学元器件前所未有的设计自由度将极大地扩大微光学和集成光学的应用领域。

研究了一种硅光子芯片空间光耦合系统，简化了集成光子芯片用光纤阵列耦合的方式，通过将1550 nm附近波段的光通过空间光学系统，经光栅耦合器垂直耦合进入集成光子芯片，经过波导与微环谐振腔实现光学传感，采用多模光纤收集出射能量，并进行温度传感测试。实验结果表明，用波长探测方式，得到自由光谱范围（FSR）为0.85 nm，Q值为16321的环形谐振腔直通端透射谱线。在温度传感测试中，其灵敏度达到127 pm/℃。通过进一步对比测试表明，空间光耦合与光纤阵列光耦合只在插入损耗方面有所差距，耦合系统可得到较好的温度传感测试结果。空间光耦合具有更换传感器芯片便捷，容易实现多通道测试等优点。