提出利用全介质超表面实现太赫兹波段计算全息成像技术方案，采用基于几何相位调控的全介质超表面实现了频率0.95 THz~1.2 THz的宽带全息成像。在此基础上，设计了基于几何相位和传输相位同时调控的全介质超表面并实现了偏振复用全息成像。该研究提高了超表面的复用能力和工作效率，有望解决金属超表面存在的固有欧姆损耗和低极化转换效率等问题。同时可以激发Mie型电共振和磁共振实现波前调制，为开发高效、轻便、低成本的太赫兹功能器件提供了一种新途径。

利用密度矩阵理论构建的损伤模型结构简单，无需任何辅助矩阵，因此分析复杂度较低，在对光通信系统中光信号的损伤进行分析与补偿时凸显出巨大优势。将该理论初步应用至模式数目为2的偏分复用系统中，建立偏振模色散与偏振态旋转并存时的损伤模型，搭建了28 GBaud偏分复用正交相移键控相干光通信仿真传输系统，实现了30~170 ps大范围差分群时延与300 krad/s~2 Mrad/s快速偏振态旋转的联合补偿，验证了基于密度矩阵理论的损伤模型以及联合补偿方案在光通信系统中的有效性。该研究为下一步推广至N维模分复用系统中光信号的损伤分析与补偿提供了有效的途径。

以晶面<100>的硅片为研究对象，使用重复频率1 kHz的超快复合双脉冲作为激发工具，通过研究双脉冲之间的偏振夹角、延迟时间和脉冲数对周期性结构面积的影响，探究引起周期性结构演化的非线性电离动力学。实验结果表明，在激光能量密度为0.23 J/cm²、脉冲组合为100个的复合脉冲辐照条件下，正交偏振诱导的结构面积最小，相比于其他入射形式下诱导的最大面积减小率约为45%，这是因为局域场的反复调制抑制了周期性结构边缘烧蚀阈值的降低。在正交偏振时，随着两束脉冲之间延迟时间的改变，通过观察诱导结构面积变化可以分析从电子电离到物质喷发的连续过程。该复合脉冲调控技术可为研究超快激光诱导半导体表面周期性结构的偏振依赖性与电子电离效率提供参考，进一步的改进有望实现超衍射极限结构的快速诱导。

为了降低或消除激光诱导击穿光谱（LIBS）检测过程中激光能量、背景辐射、噪声信号对特征光谱信息的影响，以镉靶材为对象，构建偏振分辨激光诱导击穿光谱（PRLIBS）系统，探索提高重金属污染物LIBS分析能力的方法。结合光波在多层媒介传播过程中的菲涅耳方程，分析入射光波长对光强透射比的作用机理，构建正入射方向上的等离子体辐射强度分光透射比模型。利用该模型获得了相同条件下的LIBS、PRLIBS光谱数据，比较了镉元素特征谱线强度的相对标准偏差（RSD），并分析了不同延迟时间下特征谱线强度的变化趋势。结果表明：在低能量密度情况下，PRLIBS具有明显的测量优势，可以采集到更多的特征峰信号，并且PRLIBS光谱特征谱线强度的RSD值小于相同检测参数下LIBS光谱特征谱线强度的RSD值，说明分光透射比模型能够有效提高等离子体光谱的稳定性；LIBS与PRLIBS的谱线强度随延迟时间的变化趋势一致，说明PRLIBS并不影响原有LIBS的延迟时间；随着脉冲能量增大，分光透射比模型可以有效降低基线漂移和背景辐射，增强光谱的分辨能力；分光透射比模型不仅保留了连续谱中的有效信息，还提高了谱线识别的稳定性，对于提高低激光能量诱导条件下LIBS特征谱线识别能力具有重要的参考意义。

为使空间振幅调制偏振光谱仪对系统误差具有最小的灵敏度，以测量矩阵条件数作为目标函数，采用遗传算法对仪器调制模块中双复合光楔晶轴方位角和偏振片方位角的优化组合进行仿真分析，并给出了相应的最优角度组合。以偏振度测量精度为评价函数，在给定的器件误差范围内，对多种不同角度组合设置进行仿真实验。仿真结果表明，当仪器角度参数组合的测量矩阵条件数为1.733时，偏振度测量精度优于0.01的概率为98%，比测量矩阵条件数为1.966和3.257的角度参数组合的概率分别提高了23%和64%。该研究为空间振幅调制偏振光谱仪元件参数设计与选取提供了理论依据。

基于太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统，使用两个相互垂直的光电导天线构建了1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列。通过调控各个阵元的偏置电压，对其辐射太赫兹波的偏振方向进行研究。结果表明：在已实现光电导发射天线阵列的高效合成以及可同时检测脉冲太赫兹波的振幅、相位及偏振态的探测天线的基础上，通过调控各个阵元的偏置电压分别改变了平行和垂直两个阵元辐射太赫兹波的强度；经过1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列在远场的同步合成，可产生不同偏振方向的脉冲太赫兹波，实现了以全电控的方式产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源。

提出一种在太赫兹波段检测物质琼斯矩阵的方法。利用太赫兹面阵成像系统对会聚太赫兹光场的纵向分量进行相干测量，由此提取太赫兹光场的偏振信息，并通过分别测量未放置样品、放置原始样品和样品旋转90°后的透射太赫兹光场偏振信息，提取样品的琼斯矩阵元素。利用此方法，分别对不同角度的太赫兹偏振片和波片进行了实验测量，并与理论结果进行比较，发现具有很好的一致性。研究结果说明，所提方法对表征物质在太赫兹波段的各向异性特征具有很好的实用性。

太赫兹（THz）波在通信、成像、安全监测、生物医学等领域有着广阔的应用前景。随着THz技术的飞速发展，对其传输波导，特别是低损耗、单模、柔性传输等高性能THz波导的需求日益增长，这将为提高THz系统的灵活性及推动其实用化发展提供重要支撑。综述了金属膜波导和介质金属膜波导的设计和制备工艺，在0.1~0.3 THz和2.0~5.0 THz频段的损耗和单偏振单模传输等特性，以及在通信和成像等方面的应用。着重介绍了本课题组近年来在波导的设计、特性仿真、制备、测试和应用方面的研究结果。也对THz波导研制中存在的难点和发展前景进行了初步探讨。

线偏振超连续谱光源是具有线偏振特性的宽光谱激光光源，是连接偏振光学与非线性光学的一个很好的纽带，在高光谱成像照明、光学相干层析等领域有重要应用。近几年关于线偏振超连续谱的研究报道逐渐增多，研究人员已经针对线偏振超连续谱的偏振度提高、相干性增强、光谱平坦度提高、功率提升以及光谱拓展等重点问题开展研究工作，并取得重要进展。本文介绍线偏振超连续谱的研究进展，总结分析线偏振超连续谱产生中的关键技术，并介绍与分析两种针对线偏振超连续谱的偏振消光比测量方法。