提出了一种结构简单的广角稳定太赫兹可调谐超表面吸波器，利用液晶材料电可调谐的性质，实现超表面吸波器吸收频率的调谐。利用液晶材料介电常数张量进行材料建模，模拟了液晶材料的各向异性特性。为了提高设计效率，得到良好的吸波性能和可调谐性能，利用粒子群算法对超表面吸波器单元结构进行了逆向设计；并对设计的超表面吸波器特性进行研究。结果表明，利用粒子群算法可以高效地逆向设计出性能良好超表面吸波器，当对吸波器施加的电压在0~10 V范围内连续调谐时，实现了TE模式吸波频率在404.4~444.4 GHz范围内连续可调谐，频率可调谐性为9%，吸收率大于99%；TM模式吸波频率在404.4~425.4 GHz范围内连续可调谐，频率可调谐性为4.64%，吸收率大于99%；当斜入射角度为60°时，吸收率仍大于94%，具有大角度入射稳定性和吸收频率稳定性。本文设计的太赫兹超表面吸波器具备高吸收率、大频率可调谐性、广角稳定性和低控制电压等优点，具有广泛的应用价值。

实验研究发现AZ5214光刻胶在一定曝光剂量下显影后会留存一定厚度的底膜，该底膜可以在干法刻蚀过程中避免As-S薄膜与碱性显影液直接接触，减轻薄膜表面损伤，起到保护作用。基于此，采用该底膜作为保护层制备As₂S₃脊型波导，研究结果表明，在AZ5214光刻胶匀胶厚度为2.1 μm、紫外曝光剂量为200 mJ/cm²、显影时间为45 s的条件下会留存约为220 nm厚的光致保护层，该条件下保护层均匀性较好，且在刻蚀阶段可以完全去除。实验表明利用此保护层制备的As₂S₃脊型波导具有良好的形貌特征，波导脊宽约为3 μm、脊高约为800 nm的As₂S₃脊型波导的传输损耗约为0.74 dB/cm@1 550 nm。

设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器，由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形，与四周固定的圆形密闭薄膜相比，会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器，制备出长宽均为500 μm，厚6 μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB，自由光谱范围为7.72 nm，理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6 μm。研究结果表明，该光纤声波传感器在2 200 Hz处出现明显的共振峰，对应的声压灵敏度为414 mV/Pa，在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa，与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz，与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa，声压响应线性度为0.994。

以马赫-曾德尔干涉仪光开关单元组成的4×4 Benes光交换芯片为例，研究了光交换芯片中的相干问题。理论推导了光交换芯片输出端口与输入端口之间光场的变换关系，揭示了信号和串扰的产生规律，分析了光开关状态对串扰相干强度的影响。仿真研究表明：相干串扰对信号插损的影响可以忽略；在不同光开关组合状态下，光交换芯片的串扰波动可达7 dB。根据相干光束之间的相位关系，提出一种等效去除光交换芯片中串扰相干性的方法。另外，对串扰大小对通信误码率的影响进行了实验评估。

提出并实验研究了一种基于铌酸锂薄膜光波导的电光调谐的光栅辅助定向耦合器。该耦合器由单模与双模脊形波导及制作于双模波导侧壁的长周期光栅构成。长周期光栅的引入补偿了单模与双模波导中基模的相位失配，可在共振波长实现两波导中基模的高效耦合。进一步地，在双模脊形波导两侧制作调谐电极实现了高速、低驱动电压的电光调谐功能。优化了器件的制作工艺，并采用单次干法刻蚀将耦合器的光栅与波导同步制作于X切铌酸锂薄膜上。测试结果表明所制作的器件在1 595.3 nm波长处实现了14.8 dB的隔离度，其电光调谐效率为0.38 nm/V（1 595.3 nm~1 599.0 nm），热光调谐效率为0.14 nm/℃（25 ℃~50 ℃）。该器件可用于实现可调谐滤波、滤模、电光调制及高灵敏度温度传感等功能。

基于表面等离激元提出了一种含金属挡板的波导侧向耦合谐振腔系统。当入射光从波导的入射端进入到该结构时，谐振腔会形成较窄的离散带，金属挡板会产生较宽的连续态，较窄的离散态与较宽的连续态发生干涉时，形成两种不同模式的Fano共振谱线。采用时域有限差分法对该结构的传输特性进行了仿真计算，分别研究了结构的磁场分布、电场分布、透射特性和传感性能，根据磁场分布图和电场分布图可更好地解释Fano共振的形成机理。仿真数据分析结果表明，几何参数与介质折射率可以调节结构的传输性能。最后对结构的几何参数进行了优化处理，得到了在最优参数下，该结构产生的两个Fano共振的品质因数分别为4.502×10⁵和1.967×10⁵，对应的灵敏度分别为800 nm/RIU和1 400 nm/RIU，均达到了较高的数值，具有良好的传感性能。所设计的耦合结构可为提高微纳光学传感器的性能提供一种可行的途径。

为研究中红外波段的片上波导传感性能，针对2 172.75 cm^-1处的一氧化碳吸收线，提出基于InGaAs-InP平台的悬浮光子晶体波导传感器和悬浮脊形波导传感器。基于朗伯—比尔定律，通过Rsoft和COMSOL软件设计波导结构，优化了光子晶体波导的晶格常数、孔半径、中心孔半径和脊形波导的脊宽、条宽、脊高和条高。仿真结果表明，光子晶体波导和脊形波导的功率限制因子分别为250.69%和115.65%。对两种传感器进行计算和性能评估，得到两种传感器的传输损耗分别为27.5 dB/cm和3 dB/cm，最佳波导长度分别为72 μm和162 μm。设定探测器最小可检测信噪比为10，得到两种传感器的最小可检测气体浓度分别为9.13×10^-6和8.51×10^-6。讨论了波导传输损耗对传感器性能的影响，若能有效降低波导损耗，可进一步降低最小可检测气体浓度。对比两种传感器，光子晶体波导具有更大的功率限制因子，脊形波导具有低传输损耗和横磁模兼容性的优点。

采用射频磁控溅射法在石英衬底和硒化锌衬底上制备了碲化铋薄膜，分别研究了薄膜厚度、退火温度对薄膜微观结构和光电性能的影响。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和冷场发射扫描电子显微镜，分析了薄膜结构、成分和形貌。结果表明，退火有利于薄膜的结晶，且不改变晶体的择优取向。傅里叶变换红外光谱测试结果表明，在石英衬底和硒化锌衬底上沉积的薄膜，光学透过率随着薄膜厚度和退火温度的增加而减小，在硒化锌衬底上沉积的薄膜透过波段比石英长，且光学透过率更加稳定。霍尔效应测试结果表明，随着薄膜厚度和退火温度的增加，薄膜的电阻率逐渐减小，最小为1.448×10^-3 Ω·cm，迁移率为27.400 cm²·V^-1·s^-1，载流子浓度为1.573×10²⁰ cm^-3。在石英衬底上沉积的15 nm厚的Bi₂Te₃薄膜，在1~5 μm波段的透过率达到80%，退火200 ℃后透过率达到60%，电阻率为5.663×10^-3 Ω·cm。在硒化锌衬底上沉积相同厚度的薄膜，在2.5~20 μm波段的透过率达到65%，200 ℃退火后透过率达到60%，薄膜电阻率为9.919×10^-3 Ω·cm。制备的Bi₂Te₃薄膜具有优良的光电特性，是红外透明导电薄膜领域理想的候选材料之一，在红外光电子学芯片制备领域有较好的应用前景。

提出一种适用于有限口径下高相对介电常数和大尺寸目标物体的反演方法。首先分析了低损耗介质的复折射率，通过有效折射率的计算方法得到有效折射率与介电常数关系；利用高频近似估计对比度函数，通过近似估计散射体内部散射场及其梯度对传统Rytov近似进行数学上的修正，产生无相位条件下Rytov积分近似模型，该模型可以实现定量重建高相对介电常数和大尺寸未知目标的对比度虚部。仿真结果显示有限口径下的Rytov积分近似可以对高介电常数和大尺寸目标的对比度虚部提供精确的形状重建。

提出了一种基于交指电容裂环谐振器的差分微波传感器。通过把交指电容结构嵌入到裂环谐振器的开口处以增强电场束缚效应，并且为了抑制外界环境因素的干扰，制作成差分结构。差分结构采用两个裂环谐振器分别分布于单根微带线两边的结构形式，谐振器与微带线呈磁耦合效应。该传感器结构可以克服传统微波传感器的低灵敏度和易受外界干扰的问题。在实验中，将一个谐振器作为参考单元，另一个谐振器作为测量单元，待检测液体样本放置于测量交指电容处，随着不同浓度的乙醇-水混合溶液的注入，测量单元的谐振频率相较于参考单元会发生明显的频率偏移和陷波幅值的偏差，由此可以拟合出复数介电常数与它们之间的关系以预测不同浓度的乙醇-水混合溶液的复数介电常数值。实验结果表明：所提出传感器的单位体积平均灵敏度可达3.630 8%/μL，比同类型的传感器提高了几倍至几十倍。