针对空气耦合超声换能器存在换能器与空气介质阻抗失配，易造成电声转换效率低等问题，该文提出了一种采用空心酚醛树脂微球与环氧树脂基体研制的声匹配层，并对匹配层的声学特性进行测试与分析。测试结果表明，与空心玻璃微球匹配层相比，空心酚醛树脂微球匹配层具有声速更低及插入损耗更大的特点。基于此，该文研制了一种空气耦合超声换能器，对两只经匹配后的换能器进行测试，分析了接收信号的时域及频域特征，并与空心玻璃微球匹配层换能器进行性能对比。结果表明，与空心玻璃微球匹配层相比，采用空心酚醛树脂微球匹配层可减小换能器带内起伏，使换能器的-6 dB带宽扩展2倍以上，并在时域上减小接收信号的拖尾。

空气耦合超声换能器作为一种无损检测(NDT)的重要设备, 具有广阔应用前景, 但由于压电元件与空气声阻抗失配导致低带宽(BW)、低灵敏度(SNS)及高双程插入损耗等缺陷而阻碍其应用。该文对空气耦合超声换能器制备工艺进行优化, 使用COMSOL软件模拟了压电元件的尺寸设计。同时通过采用1-3型压电复合元件与优化环氧树脂+空心玻璃微珠匹配层调控压电元件与空气的声阻抗, 制备了工作频率400 kHz的空气耦合换能器。在工作频率时, 该换能器的厚度振动模态较纯, 带宽较宽, 灵敏度与双程插入损耗为-38 dB。结果表明, 采用该文自研工艺制备的空气耦合超声换能器具有良好的性能与巨大应用潜力。

匹配层材料及结构对于提高阵列式换能器的带宽、灵敏度及轴向分辨率有重要作用。为了探究不同匹配层材料对阵列式换能器性能的影响，该文通过有限元法模拟了包括高分子材料、0-3复合材料及镁合金等多种匹配层材料的阵列式换能器，综合比较了各自的频域特性及时域特性。仿真结果表明，使用AZ31B镁合金作为第一匹配层、Epo-Tek 301环氧树脂作为第二匹配层的阵列式换能器模型具有最佳的综合性能，从而为高性能阵列式压电超声换能器的开发、研究提供了新的匹配层设计参考方案。

设计了用于发光二极管(LED) 微显示器折射率匹配层结构, 可以提高LED 微显示器的光学性能。倒装结构的LED微显示器出光面为蓝宝石(折射率约1.76), 它和空气的折射率(约为1.0)相差较大, 会有很大一部分光因为全反射而反射回器件内部被吸收, 导致器件的光效率降低。本文通过涂敷折射率匹配层硅胶(折射率约1.41～1.53)的方法, 改变器件表层的折射率使其和空气的折射率相匹配, 增加光逃逸锥角, 从而提高器件的光效率。结果表明涂敷硅胶可以提高光效率约25.75%, 在涂敷硅胶基础上盖玻璃片(折射率约1.47)可提高光效率约32.78%, 且硅胶涂敷前后器件的电学、光学、结温稳定性好。尽管增加的是侧方向的光通量, 但是其光效率的增加为高效率LED微显示的实现提供了参考依据。

利用电磁波射线理论对透镜天线进行了分析, 基于扩展半球透镜与椭半球透镜的拟合, 设计了中心工作频率为1.6 THz的扩展半球透镜天线。该天线采用方形螺旋天线作为平面辐射体, 利用同轴线进行馈电, 增益约为15.0 dBi。研究了透镜半径、扩展距离和介质材料对天线性能的影响。在扩展半球透镜天线的基础上, 通过在天线上方放置扩展半球透镜、为扩展半球透镜添加匹配层对天线性能进行了改进。结果表明, 改进后的透镜天线增益达到17.0 dBi, 与扩展半球透镜天线相比, S11参数减少了11.65 dB, E面主瓣宽度降低了60°。透镜天线良好的增益特性和定向性能够很好地满足太赫兹通信系统的要求。

激光/电视分光膜实现了光路的“二光合一”, 简化了光学系统结构, 在军用光学系统中得到了广泛应用。采用匹配层和Refinement计算机辅助法设计了激光电视分光膜, 并对所设计的膜层进行镀制; 最后, 对制备的激光电视分光膜进行测试, 结果表明膜层各项性能指标符合设计要求。