为了研究原位重熔对倾斜基体激光熔覆层形貌和组织的影响，首先使用有限元仿真软件对倾斜基体激光熔覆及其原位重熔过程进行数值模拟，分析基体倾斜角度对熔覆层形貌的影响，研究重熔作用下熔池速度场和温度场的分布情况以及多道熔覆层宏观形貌的变化；然后进行倾斜基体熔覆层原位重熔试验，采用光学显微镜对重熔前后熔覆层的表面形貌进行分析，采用维氏硬度计、摩擦磨损试验机及三维轮廓仪等对重熔前后熔覆层的力学性能进行研究，进而研究原位重熔作用下熔覆层微观组织的变化。结果表明：熔覆层形貌主要受重力影响，当基体倾斜角度大于90°时，熔覆层溶质会发生滴落，极大地损伤熔覆层形貌；在熔覆道搭接区进行原位重熔对熔覆层平整度的提升作用最大，重熔后的表面不平整度由0.165降低到0.056；与重熔前相比，重熔后的表面粗糙度下降了69.5%，表面硬度提升了约70 HV，磨损率降低了76.3%；重熔后，熔覆层中上部的大量树枝晶转变为等轴晶，微观组织得到了明显细化。

为了明晰生活在温带地区的蝴蝶翅膀的色彩产生机理, 从而将这种生色机理应用在纺织品印染工艺上, 解决目前高耗水、重污染的行业问题, 文章选取了生活在温带的线蛱蝶和大紫蛱蝶两种蝴蝶, 并分别在其翅膀上选定了各两个不同的颜色部位, 利用扫描电子显微镜观察鳞片的微观结构, 发现每种蝴蝶鳞片表面都具有脊脉、交叉肋等非光滑的周期结构, 但其微尺寸有所区别。采用Ocean USB2000微型光谱仪分别对四个部位进行了多角度的光谱测试, 发现只有大紫蛱蝶的紫色部位出现了波峰随角度偏移的现象, 而这一偏移现象正是结构色的特征之一。随后针对这一紫色部位, 采用乙醇替代空气作为鳞片的间质, 发现鳞片色彩会改变, 确认了大紫蛱蝶的紫色部位显色机理为光子晶体结构色。最后以大紫蛱蝶的紫色部位鳞片的微结构为基础模拟建立光子晶体模型, 并利用平面波展开法计算了该结构的带隙, 并分析了带隙与其色彩之间的对应关系。

一般的传感器灵敏度高, 但体积大, 不便于封装。法布里-珀罗(F-P)腔型传感器结构简单、体积小和封装容易等优点获得了广泛关注。通过熔接2段不同折射率光纤, 并将传感光纤包层去掉、浸泡在待测液体中, 构成了F-P腔折射率传感器。传感器的最小分辨率为3.0135×10-4, 传感光纤长度仅为15 μm, 尺寸远小于其它F-P腔干涉仪, 并且对传感光纤长度精度要求很低, 便于制造。

由于高质量自支撑氮化镓(GaN)衬底的出现，垂直型GaNonGaN器件获得了快速的发展并具有较高的功率等级和工作频率。本文讨论了垂直型GaN功率二极管的制作、机制和表征。通过制作高质量肖特基界面和高效氟离子注入终端，垂直型GaN肖特基二极管可以表现出较低的正向开启电压(0.55 V，定义于0.1 A/cm2)和较高的反向击穿电压(~800 V)。通过极薄的铝镓氮(AlGaN)隧穿增强层，可进一步同时优化正向开启电压(0.43 V)和反向击穿电压(~1 020 V)。在快速动态测试电路中，垂直型GaN二极管也表现出了接近零的反向恢复特性和无电流坍塌的优异动态特性。

为实现高灵敏度的折射率测量，设计了一种基于双模干涉的光纤折射率传感器，该传感器为单模多模单模光纤(SMS)结构，其中单模光纤和多模光纤具有相同的直径和纤芯折射率。剥去多模光纤的包层，将其置于待测环境中，多模光纤中激发出的两个模式之间会发生干涉，当待测环境折射率发生变化时，干涉谱中的波谷会发生移动，可根据光谱中波谷的移动量来实现对折射率的测量。利用FDTD Solutions软件进行仿真模拟，得到不同折射率下的干涉谱，结果表明，位于1517.32nm的干涉谷对折射率的敏感度为1848.2nm/RIU，最小分辨率误差仅为2.74×10-5RIU。该传感器较传统光纤传感器而言，结构简单，有着高灵敏度、低分辨率误差等优点，应用前景广阔。

提出了一种新型表面等离激元波导系统, 并对其模式特性和对纳米微粒产生的光学力进行了研究。采用有限元软件(COMSOL)对该系统进行了数值模拟和理论分析, 发现在该结构纳米级的间隙中可以形成深亚波长电磁能量的束缚。由于双波导结构之间强烈的耦合作用, 相比于已有的一些表面等离激元波导, 光学力至少提高了一个数量级, 达到了4200fN/W以上, 同时被捕获粒子的局域范围仅有几十纳米。该波导系统可以用于强力、高精度纳米级光镊的设计和研究。

提出一种新型的由T形与圆形谐振腔组成的光学滤波器, 并利用二维有限元法研究了它的特性。仿真结果显示, 当这两个腔在共振峰附近处于失谐状态时, 会产生电磁诱导透明现象; 同时, 由于两个腔的透射谱形是不同的, 所以当改变圆形腔的半径或T形结构的宽度时, 总体结构的透射谱形会呈现为一种Fano线, 这种变化尖锐非对称的Fano线使得结构对于折射率的敏感性高达1 400 nm/RIU。本文还研究了滤波器特性随结构尺寸的变化, 发现在滤波器几何结构一定的情况下, 透射只发生在特定的波长处。该滤波器可以用于光子回路和灵敏探测。

为了提高单光子探测系统的灵敏度，实验采用InGaAs/InP雪崩光电二极管作为量子通信中的单光子探测器件，以门控脉冲模式实现了更高精度的单光子探测器的偏压生成电路、单光子信号放大电路、单光子信号检测电路和温度控制模块，并通过选用高精度前置放大器OP37和精密比较器AD8561，将量子效率提高到18.3%，暗计数控制小于4.1%×10-6/ns。