目前，在近红外波段中普遍采用InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD），但这类APD存在增益带宽积小和等效噪声高等问题，而InGaAs/Si APD采用电子、空穴离化系数极低的Si材料作为倍增层，在一定程度解决了上述问题，但其制造过程涉及Si电荷层的离子注入和高温退火激活，该过程工艺复杂、杂质分布不均匀、成本高。因此，本研究采用刻蚀技术在Si倍增层内制备凹槽环，并在凹槽环内填充不同介质对InGaAs层及Si层内的电场进行调控，构建无电荷层InGaAs/Si APD器件模型。结果表明，在凹槽环内填充空气或SiO₂可获得高性能的InGaAs/Si APD。该研究结果可为后续研制工艺简单、性能稳定、低噪声的InGaAs/Si APD提供理论指导。

为了深入研究表面修饰余弦凹槽的亚波长结构对太赫兹波透射特性的调控规律，提出一种表面修饰余弦凹槽的太赫兹亚波长金属Cu狭缝结构，基于时域有限差分法，对亚波长金属Cu狭缝结构的太赫兹波透射光谱特性进行模拟。仿真结果表明，通过改变金属Cu狭缝结构上下表面余弦凹槽的结构排布、数量、周期、深度及狭缝深度、宽度等参量，实现了对太赫兹波透射强度的调控。

该文提出了一种带有梯形槽的双脊喇叭天线，天线在口径面和外侧壁引入梯形槽结构，抑制了喇叭外壁上的电流，从而达到降低喇叭天线旁瓣的目的。天线采用3D打印技术，有效地解决了传统方式加工难及一致性差的问题。仿真和实测表明，该天线设计可有效提高天线增益，在工作频带5~10 GHz内天线增益大于10.32 dBi，回波损耗小于-10 dB；在9.6 GHz时峰值增益可达14.61 dBi。将天线喇叭壁设计成空心结构，天线质量减小了74%。测试结果与仿真结果基本一致。

钛以其优异的力学性能和良好的生物相容性而被广泛用于制造医疗植入体。为提高钛在人体内的稳定性、抗菌性等，需对其表面进行修饰改性。本研究采用飞秒和皮秒激光在钛表面加工出微凹槽和微凸起结构，对比了两种激光技术在钛表面加工的微凸起和微凹槽结构在表面形貌、亲疏水性和生物相容性等方面的差异。表面形貌、轮廓、元素的表征结果表明两种激光加工结构的尺寸主要受能量密度的影响，而形状受光斑重叠率的影响较大，皮秒激光加工表面的氧含量较高。由于飞秒和皮秒激光改性钛表面微织构形貌的差异，水接触角(以下简称“接触角”)从初始的40.25°分别降为9.88°和0°。通过对比样品在空气、真空、生理盐水中保存3 d后的表面接触角发现，皮秒激光加工样品表面能保持稳定的超亲水性；经硅烷处理后，飞秒激光改性表面的接触角可达152.80°，而皮秒激光改性表面的接触角为146.38°。细胞黏附和增殖的实验结果表明飞秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于细胞的黏附和排列，而皮秒激光加工的微凸起或微凹槽线阵有利于促进细胞的铺展和迁移。

针对电子器件的散热问题, 提出了四种具有对称和等距凹槽的微通道, 并通过三维数值模拟, 研究了不同雷诺数下凹槽形状及布局对微通道性能的影响。结果表明:在给定的雷诺数范围内, 圆形凹槽的传热性能仅次于三角凹槽, 而梯形和矩形凹槽的传热性能较差。三角凹槽压降最大, 其次是圆形, 而梯形和矩形凹槽压降差异较小; 同种形状不同布局的凹槽, 压降几乎一致, 这表明通过改变凹槽布局来提高性能不会产生额外压降损失。综合换热和压降特性, 微通道热性能系数先增后减, 故三角凹槽在雷诺数为600时获得最优热性能, 而在雷诺数为900时等距圆形凹槽的热性能超过三角凹槽。

建立螺旋凹槽结构模型, 具有不同自旋角动量的光束入射到该结构后激发表面等离激元, 螺旋凹槽结构的螺旋性与光子自旋角动量耦合, 使得不同自旋偏振光激发的表面等离激元具有不同的强度分布.通过螺旋凹槽激发的表面等离激元的强度分布获得入射光的自旋角动量.利用有限元方法计算了左旋偏振光与右旋偏振光激发的表面等离激元在螺旋凹槽中心的光场强度比, 最大消光比达到168, 实现对光子的自旋角动量的检测.在数值仿真中, 分析了不同入射光波长的消光比, 入射光波长在600~740 nm范围内消光比高于50, 其中入射光波长为670 nm时的检测效果最佳; 此外, 研究螺旋凹槽结构参量对消光比的影响, 当凹槽宽度为200 nm,凹槽深度为70 nm, 匝数为2时, 消光比最大, 螺旋凹槽结构检测光子自旋角动量的能力最强.该研究可为集成光学中光子自旋角动量的检测提供一种新途径.

设计了一种在预应力钢绞线中心丝上设置倾斜凹槽封装光纤光栅的自感知钢绞线, 以解决体内预应力钢绞线其它传感器无安装空间, 易碎断导致封装成活率低以及监测量程不够等技术难题.理论分析了不同凹槽倾角封装的光纤光栅传感器的监测应变与钢绞线应变, 根据复合材料剪滞模型理论建立了二者之间的应变关系.以倾角为变化参数, 研制了系列光纤光栅自感知钢绞线, 并对其进行张拉试验, 测定光纤光栅传感器量程的变化情况.试验结果表明：该方法能有效扩大光纤光栅传感器的监测量程, 当倾斜角度为30°时, 所能监测的应变范围与0°相比, 提高了44%.采用该技术, 利用光纤光栅传感器对某高速公路预应力箱梁的施工张拉及服役进行实时监测, 传感器成活率为100%, 同时将光纤光栅的理论及标定应变关系与现场张拉及二次张拉的数据进行对比, 误差均在5%以内.该技术实现了对体内预应力钢绞线施工张拉和服役全生命周期的监测.

为了解决半导体激光器传统刻蚀工艺中侧壁陡直度差和器件难以重复制作的问题, 利用湿法腐蚀与干法刻蚀相结合的刻蚀手段, 对980 nm锥形半导体激光器刻蚀工艺进行优化.通过对台面粗糙度与刻蚀速度的研究, 确定湿法腐蚀液和浓度配比的差异.并分析电感耦合等离子刻蚀对脊波导与腔破坏凹槽表面形貌的影响.研究结果表明, 选择配比为NH3·H2O∶H2O2∶H2O=1∶1∶50的腐蚀液进行湿法腐蚀, 刻蚀速率约为7 nm/s, 速率容易控制.且样品表面具有较好的粗糙度和均匀性, 利用电感耦合等离子刻蚀得到的脊波导与腔破坏凹槽侧壁陡直度良好, 没有出现横向钻蚀的情况.

提出了一种基于凹槽导光板的背光源设计以提高侧入式背光源的光线利用率。首先, 通过光学工程软件LightTools设计了常用导光板及三角形截面凹槽导光板; 再分别采用两种不同结构的导光板对背光源进行仿真; 最后, 通过跟常用背光源进行对比分析, 可以得出结论: 采用三角形截面凹槽导光板能大幅提高背光源的光学性能。其中, 平均照度提高了约17 000 lux, 平均亮度提高了约10 000 nit, 光线利用率提高了20.2%, 但是均匀性降低了4.7%。总体来看, 该背光源可以有效提升液晶模组的显示亮度。该结论对于进一步提高各类液晶显示器亮度的相关研究有一定的参考作用。

从理论上详细研究了一维亚波长金属光栅的凹槽深度对太赫兹伪表面等离子的影响。分别对一维标准亚波长金属光栅和缺陷亚波长金属光栅进行了研究。电场分布情况采用了COMSOL软件进行模拟。得到的结论是: 对于一维标准亚波长金属光栅, 沿金属光栅传播的表面等离子体取决于槽深度, 较深的槽具有更强的束缚能力; 对于具有缺陷的光栅结构, 电场强度的分布特点取决于缺陷槽的深度, 这归功于缺陷槽对光的反射和散射。基于这一理论研究, 这两种不同的亚波长金属光栅结构能为太赫兹器件如波导、衰减器及滤波器发展提供新的途征。