基于子午工程激光雷达的大气Rayleigh散射实验观测数据，开展了中层（30~65 km）大气温度结构反演计算和大气重力波事件识别的研究工作。在Chanin-Hauchecorne大气温度反演方法的基础上，采用SABER/TIMED、COSMIC卫星测量数据的对照分析方法，提高了中层大气温度结构反演的准确性；采用小波分析方法提取温度扰动的主要波动成分，并计算重力波活动的垂直波数谱Fam和时间频率谱Faω，增强了重力波事件识别以及特征参数提取的可靠性。基于设计的数据分析流程，完成了2011—2013年海南激光雷达站观测数据的分析工作，提取202个中层大气重力波事件的特征垂直波长λz*和特征周期Tob*。统计分析结果显示，海口上空中层大气常见重力波的特征垂直波长为5~9 km， 特征周期为5~13 h。该数据分析方法能满足Rayleigh激光雷达对中层大气温度结构精确探测以及重力波活动特性观测研究的需要，可为子午工程激光雷达观测数据的广泛应用提供服务。

为了进一步提升传统金属纳米结构表面增强拉曼散射（SERS）衬底的检测灵敏度和均匀性，提出了银修饰开放纳米腔多孔阳极氧化铝模板（AAO）复合结构的SERS新衬底，利用AgNPs（Ag nanoparticles）表面的局域表面等离子共振效应、银纳米粒子之间的热点效应，以及AAO结构的开放纳米腔的腔增强效应，实现了高灵敏度分子检测。采用液-液界面自组装方法将AgNPs修饰到AAO腔体中；利用FDTD（finite difference time domain）仿真软件对结构的电磁场分布特性进行了研究；开展了系统的拉曼测试实验，实验结果表明：相较于传统SiO₂-AgNPs衬底，AAO-AgNPs的拉曼光谱强度提高了4.7倍；以R6G（rhodamine 6G）为探针分子，AAO-AgNPs衬底的最大分析增强因子约为2.38×10¹⁰，检测极限可达10^-16 mol/L；此外，实验验证了该复合结构的多分子检测功能。

光子晶体面发射激光器基于光子晶体能带带边模式，形成二维微腔谐振，继而实现光增益和激射，其具有高功率、单纵模等优异特性。基于氮化镓基蓝光激光器结构和速率方程调制理论，对异质结构光子晶体面发射激光器进行了动态调制性能分析。通过仿真计算得出，在所研究的激光器结构参数下，阈值电流为1.76 mA，最大3 dB调制带宽为42 GHz，最低数据发送能耗为62.78 pJ·bit^-1，展示出了该结构激光器的基础性能和高速调制特性，为具有大调制带宽的蓝光激光器的设计提供了参考。

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。