基于Kekulé晶格，验证了物质拓扑相与晶格原子间耦合作用之间的关系，研究了非厄米效应对拓扑绝缘体的影响。设计了两种格点增益损耗分布方式，分别说明了不同增益损耗对体态能谱、边缘态能谱的影响。随着增益损耗值的增大，体态能谱和边缘态能谱将经历能带间隙减小，能带在临界值处关闭形成狄拉克点，随后狄拉克点劈裂形成一对奇异点的过程。区别于传统对Kekulé晶格的研究，在保持系统胞内耦合作用相同的基础上，将胞间耦合作用分化为水平方向和垂直方向的两个量，分别进行调控，验证了拓扑边缘态能谱中能带间隙的有无不仅与几何边界相关，也受系统胞间耦合相互作用的调控。

眼底血管图像在临床中通常被用于眼部疾病的诊断及监测，其中血管的形态结构能够反映疾病的重要特征，因此，眼底血管图像的分割处理对眼部疾病的诊断和预防具有十分重要的医学意义。针对目前人工智能主流算法中卷积和池化操作会导致很多特征丢失，提取特征时会忽视图像中的空间信息，图像中的细小血管很难分割出来等问题，基于U-net模型进行了相关研究，结合空间注意力模块对空间特征进行细化，同时提出了一种下补偿结构LC-SAnet。该结构能够减少网络提取特征信息过程中的特征损失，从而提高分割精度。研究实验在DRIVE数据集上完成，LC-SAnet的分割准确率达到96.97%，F₁值达到74.36%。结果证明，LC-SAnet表现出更好的分割性能，对细小血管的结构识别更加准确。

角锥棱镜由于本身缺陷会导致失偏效应。在平面镜外差干涉仪中，使用一种保偏反射镜组替代角锥棱镜，以减小外差干涉仪的非线性误差。根据这个平面镜外差干涉仪的基本光路图，基于偏振分光棱镜和角锥棱镜的基本光学特性，分析了平面镜外差干涉仪中3个偏振分光棱镜偏摆角、仰俯角和滚动角，保偏反射镜组中2个偏振分光棱镜之间的间距和角度，以及角锥棱镜的偏摆角和仰俯角等误差对干涉仪的影响。推导出外差干涉仪中各个光学元件的最大安装误差，并规定好其加工精度，确保外差干涉仪性能。

为了解决短基线双目内窥成像系统获得的视频图像在裸眼3D显示设备中观看到的视频纵深感和立体感较弱的问题，通过分析双目内窥镜的参数以及立体视频中图像对的视差，提出了基于短基线双目内窥成像系统的立体视频校正和视差调整方法。首先，对采用的双目结构内窥系统进行相机标定，获取各相机参数和相机间的位置参数；其次，利用获得的参数进行相机视频校正，再针对裸眼3D显示设备对视频源的参数要求进行图像对的视差调整，最终获得符合裸眼3D立体显示设备要求并适合人眼观看的双目内窥系统实时显示立体视频。通过实验验证了方法的可行性，实际搭建了一套基线距离为8 mm的短基线双目内窥成像系统，原始视差范围(0，64)像素，经视差调整后达到（−30, 30）像素，双路并行视频处理25 帧/s并实时显示。与实验室设计的裸眼3D立体显示系统匹配，可实现具有明显立体感的医用内窥镜实时裸眼3D成像。

荧光碳量子点是一种新型的光致发光纳米材料，由于其具有稳定的发光性能、丰富的表面官能团、安全无毒、生物相容性好、成本低廉等优势，在潜指纹检测和识别领域有着极大的应用前景。潜指纹是指人的手指分泌物留在固体接触面上靠肉眼难以分辨的痕迹，需要借助物理或化学方法以有效地显现和提取。到目前为止，关于碳量子点显影潜指纹并与计算机技术结合精确识别指纹的研究鲜有报道。以邻苯二胺为前驱体，以草酸锌为修饰剂，采用一步溶剂热法成功合成了红色荧光碳量子点，将红色荧光碳量子点与聚乙烯吡咯烷酮混合，干燥研磨后制备出均匀分散、量子产率高达27 %的红色固态荧光碳量子点，并成功应用于多种基底上潜指纹的增强检测。为了精确评价显影潜指纹与目标对照指纹之间的相似度，通过结构相似度算法进行相似度分析，锡纸上潜指纹的匹配度高达90.5 %，表明红色固态荧光碳量子点结合数字处理程序能很好地显影和精确识别潜指纹，在刑事侦查领域具有极大的应用前景。

由镜和光栅组成的XUV光学系统具有平面对称的性质，结合Lu平面对称光栅系统的波像差理论和均方根像差评价函数得到用以优化XUV光学系统的多参量目标函数。为求解该多自变量且大取值区间的目标函数，提出了一种基于十进制的实数编码遗传算法，并将其用于两种XUV光学系统的优化求值。将求得的优化值用光学仿真软件Shadow进行追迹，并和参考文献进行对比。结果显示本文优化后的光学系统在成像质量上有明显上升，表明波像差理论及本文的实数编码遗传算法可以有效地优化XUV光学系统，为此类系统的优化设计提供了新的思路。

为进一步优化传统反光杯在匀光、防眩光等方面的问题，基于Zemax仿真软件设计出了一种匀光性能优越的鳞甲反光杯。仿真结果表明，在杯前25 m处的配光屏幕上，最大光照强度为234 lx，中心HV点的光照强度大于0.80 E_max，各指标均符合国标GB 25991—2010《汽车用LED前照灯》的要求。将鳞甲反光杯与微透镜阵列相结合，使配光屏幕上的最大光照强度减小至59.51 lx，在各项指标仍符合国家标准的情况下，该系统的光斑能量更加均匀，且中心区域的光强进一步降低，光斑边缘过渡更加柔和，防止汽车远光灯产生眩光的效果更好，可以大量应用于汽车前照远光灯。

氮气分子在不同波长（中红外、近红外、紫外）强场飞秒激光的泵浦下，其分子离子在传播前向能够发出具有良好相干性的可见光波段的窄带辐射。在400 nm紫外飞秒激光的激发下，波长为428 nm和423 nm的相干辐射受到的关注较少，物理性质尚不明确。本研究对该辐射的偏振性质、气压和泵浦激光能量依赖关系进行了系统的测量。实验发现，该辐射的偏振与线偏振泵浦激光的偏振态保持一致，辐射强度随着气压和泵浦激光能量呈现出非线性的增加。利用基于密度矩阵的强场电离和能级耦合模型，对氮气分子在强场中的电离和相关离子能级在强场作用下的耦合进行了数值模拟研究。结果表明，在较大的激光强度范围内，氮气离子上能级 $ {\mathrm{B}}^{2}{\mathrm{\Sigma }}_{\mathrm{u}}^{+} $和其离子基态 $ {\mathrm{X}}^{2}{\mathrm{\Sigma }}_{\mathrm{g}}^{+} $之间，对应428 nm和423 nm的振动态之间总是能够形成粒子数反转，而且该反转对于激光参数具有鲁棒性，与实验观测结果一致。

为满足微机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）二维激光扫描系统对显微物镜小入瞳直径、大入射角度、大视场的要求，利用光学设计软件Zemax设计了一款入瞳直径为1.1 mm，可匹配MEMS二维振镜 ±18°大扫描角度的近红外无限共轭微型显微物镜。该物镜总长小于23 mm，数值孔径为0.4，分辨率为1.26 μm，工作距为900 μm，各项像差校正良好，满足使用需求。设计结果表明，该微型显微物镜可满足便携式皮肤检测仪器的MEMS二维振镜激光扫描系统的应用要求。

表面增强拉曼散射(SERS)因其具有高达单分子检测量级的灵敏度，在医学诊断、食品安全、环境监测等领域有着较大的应用前景。制备具有高密度“热点”的SERS基底是这项技术走向实际应用的关键。双连续结构的纳米多孔金属由于近邻纳米结构之间的耦合效应，所以具有很好的SERS增强特性。采用溅射方法制备了银锌合金前驱体，采用自由脱合金工艺和电化学脱合金工艺制备了具有纳米多孔结构的银基底，通过调制脱合金参数，获得了具有高增强因子的SERS基底。所制备的纳米多孔银基底对结晶紫的检测极限达到了10⁻¹² mol/L，可应用于超灵敏检测。

为了分析球形颗粒的手性信号增强机理，基于T矩阵法对手性球形颗粒的Mie散射特性进行了研究，分析了基于入射光束轨道角动量（OAM）的调控和颗粒特性参数调控的手性信号增强机理。对紧聚焦线偏振光的波前进行调控，通过调控光束携带OAM的符号实现OAM二色性的测量，并研究OAM阶数与手性信号强度之间的关系。当光束携带OAM的阶数与小球的尺寸相匹配时得到较圆偏振光散射圆二色性信号22.8倍的提升。同时分析了小球特性参数（颗粒尺寸、手性参数）对OAM二色性信号的影响。

电磁波吸收器是一种能够吸收和湮灭电磁波的装置，广泛应用于**、科技和人民生活的各个领域。基于超材料的吸收器由于其强大的吸收电磁波的能力、超薄特性以及设计的灵活性而受到广泛关注。但此类吸收器存在带宽窄的问题，因此，设计了一种基于金属–介电–金属（metal-dielectric-metal，MDM）结构的宽带超材料吸收器。对其吸收原理和物理机制进行了分析，并对其结构参数进行了仿真模拟。结果表明，超材料吸收器对于490～1 790 nm的入射光的吸收率高于80%，平均吸收率可达90%，最佳工作角度为30°。此外，通过修改单元结构的对称性，可以实现偏振相关调控。所提出的超材料吸收器非常适合于太阳能光伏、光通信、滤波和传感等方面的应用。