微/纳米尺度亚表面缺陷会降低光学元件等透明样品的物理特性，严重影响光学及半导体领域加工制造技术的发展。为了快速、无损检测透明样品亚表面缺陷，本文针对光学元件亚表面内微米量级缺陷的检测需求，提出了一种基于过焦扫描光学显微镜（TSOM）的检测方法。利用可见光光源显微镜和精密位移台，沿光轴对亚表面缺陷进行扫描，得到亚表面缺陷的一系列光学图像。将采集到的图像按照空间位置进行堆叠，生成TSOM图像。通过获得所测特征的最大灰度值来获得亚表面缺陷的定位信息。提出方法对2000 μm深亚表面缺陷的定位相对标准差达到0.12%。该研究为透明样品亚表面缺陷检测及其深度定位提供了一种新方法。

提出了一种利用循环生成对抗网络实现由大视场、低分辨率染色图像生成与之相匹配的高分辨率虚拟染色图像的方法，在完成了对细胞虚拟染色的同时，解决了传统光学显微镜的大视场与高分辨率两个目标无法同时满足的问题。首先，进行了理论验证，通过对选定图像的分辨率分级缩放模拟实际分辨率变化，训练对应的算法模型并与真实图像相比较，结果在主观与客观上均符合设想预期。在完成理论验证的基础上，分别进行了由10倍、4倍低分辨率真实染色图像生成25倍高分辨率虚拟染色图像的实验。通过主观视觉与客观评价指标进行评价，得到结构相似性、峰值信噪比和归一化均方根误差三个指标的具体数据。结果显示，通过循环生成对抗网络生成的虚拟染色图像与真实染色图像间的相似度较高，虚拟生成效果很好。

在中红外至太赫兹的电磁场长波谱段，二维范德瓦耳斯晶体石墨烯和α-MoO₃能够分别支持等离极化激元和双曲声子极化激元，实现对长波电磁场的纳米尺度聚焦和调控。不同类型极化激元之间的杂化可以进一步丰富极化激元物理特性，为纳米尺度下的电磁场调控带来更多维度。为此开展了α-MoO₃薄片和单层石墨烯异质叠层结构声子极化激元-等离极化激元杂化研究。在理论上通过求解二维光波导麦克斯韦波动方程，分析了α-MoO₃/石墨烯异质叠层结构中声子极化激元-等离极化激元杂化激元波导模式的传播特性，计算了波导模式的色散关系，揭示了α-MoO₃/石墨烯异质叠层结构特有的电磁场传输机制。在实验上通过干法转移制备了α-MoO₃/单层石墨烯异质叠层结构，并采用散射式扫描近场光学显微镜对该异质结构的杂化极化激元特性进行了三维空间纳米光学成像表征，验证了理论结果。研究结果为计算范德瓦耳斯二维晶体叠层结构的杂化极化激元特性提供了定量模型，为研究二维晶体中不同类型的极化激元之间的相互作用及其机制提供了理论和实验参考。

利用TiN纳米粒子对CdSe量子点和多孔Al2O3薄膜构成的异质结的表面荧光增强效应进行了实验研究。采用电化学沉积的方法,将TiN纳米粒子沉积于多孔Al2O3薄膜表面,再将胶体CdSe量子点自组装于TiN/Al2O3薄膜的表面,进而制备了CdSe/TiN/Al2O3异质结。同时,利用扫描近场光学显微镜测量了CdSe/TiN/Al2O3异质结的表面增强荧光效应。结果表明,由于TiN具有良好的电子传输特性,提高了CdSe量子点和多孔Al2O3薄膜之间的光生电子转移效率,进而增强了多孔Al2O3薄膜界面的荧光。该研究结果可广泛应用于光伏、光显示、光传感及纳米生物成像等领域。

采用电磁场有限元方法, 数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy, a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构, 改变天线 长度和纳米间隙尺寸, 计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线, 实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量, 对于100 nm通光孔径的 探针, 可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果, 表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面 等离激元的激发.