We propose and experimentally demonstrate a high quality (Q)-factor all-silicon bound state in the continuum (BIC) metasurface with an imperforated air-hole array. The metasurface supports two polarization-insensitive BICs originated from guided mode resonances (GMRs) in the frequency range of 0.4 to 0.6 THz, and the measured Q-factors of the two GMRs are as high as 334 and 152, respectively. In addition, the influence of the thickness of the silicon substrate on the two resonances is analyzed in detail. The proposed all-silicon THz metasurface has great potential in the design and application of high-Q metasurfaces.

首先，利用有限元分析方法，仿真模拟了石英音叉的应力和表面电荷分布，设计并加工了一种T字头石英音叉。经过实测，此T字头石英音叉的共振频率为8930.93 Hz，Q值为11164，叉指间距为1.73 mm，与目前广泛应用的商用石英音叉相比，T字头石英音叉的共振频率降低了73%，品质因数提高了22%。然后，通过测量水汽对其传感性能进行验证，发现相比于商用石英音叉，基于T字头石英音叉的石英增强光声光谱（QEPAS）系统信噪比提升了60.65%。最后，给出了石英音叉下一步优化的方向。

具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件，以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台，在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔，结合蝶形金纳米天线等离激元结构，设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔，并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数，利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律，模拟结果显示，混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10^-6（λ/n）³和10⁸（λ/n）^-3数量级，最佳品质因数值可达5.730689×10⁸（λ/n）^-3，优于其他类型的微腔。

回音壁微腔具有超高Q值和极小的模式体积，在微波光子系统、非线性光学和量子光学等领域中具有广阔的应用前景。通过分析mm级氟化镁（MgF₂）晶体回音壁微腔的损耗因素，确认了影响回音壁微腔品质因数的主要指标为材料等级和表面粗糙度。设计了mm 级MgF₂晶体回音壁微腔的结构形式，使用DUV级MgF₂晶体，如果回音壁微腔表面粗糙度小于0.7 nm，则MgF₂晶体回音壁微腔的极限损耗理论计算值为4.781×10^?11，对应的极限Q值为2.09×10¹⁰。通过对MgF₂晶体回音壁微腔进行粗成型、精密车削、精密抛光，实现了高品质因数的微腔制造。测试结果表明，回音壁微腔的表面粗糙度Ra值为0.669 nm、微观形貌PV值为6.767 nm、品质因数为2.054×10⁹@1 550 nm。

连续域束缚态（BIC）是一种特殊本征态，它与扩展态共存却具有强烈的局域性，不向自由空间辐射能量。自1929年被发现以来，BIC的相关理论与实验都取得了长足发展，成为当前的一个热门研究方向。在BIC研究的众多方向中，光子学是BIC研究中的一个重要平台，在非线性光学、传感与滤波、波导与通信等方向都有应用。本文回顾了BIC的研究历史并系统地介绍了光子学领域中BIC的分类及产生机制；归纳了几种常用的理论分析方法，并讨论了光子学BIC现有的应用以及未来展望。

激光光束质量M2因子的动态测量对激光器的设计、制造与应用均具有重要意义。本文提出了一种基于远场同轴全息的光纤激光器光束质量M2因子动态测量方法。通过偏振移相同轴全息技术直接获取待测激光的远场复振幅信息，利用角谱传输及透镜变换理论求解激光在自由空间中的光场强度分布，从而实现M2因子的动态测量。实验搭建了远场同轴全息装置，测量了不同纤芯直径光纤在632.8 nm 波长下的激光光束质量，其结果与BEAM SQUARED商用光束质量仪的测量结果一致。本文所提方法仅需0.02 s即可实现光纤激光的M2因子测量，比商用光束质量仪的测量速度提高了两个数量级以上。此外，本装置结构紧凑，能够避免透镜引入的装调及加工误差。

为了能够得到洛伦兹线型、Fano线型、类电磁诱导透明和类电磁诱导吸收这4类线型，提出了一种基于Fabry-Perot（FP）腔的微槽型微环谐振器。该结构在FP腔外侧引入了两个空气孔来提高品质因数。通过改变结构参数和选取不同的波长范围，实现了以上4类线型。采用的模拟仿真方法为时域有限差分法，结合传输矩阵法，对所提结构进行了模拟仿真和参数优化数值模型的建立。仿真结果表明，所提结构的品质因数达到了90112，消光比约为15 dB。