提出了一种将压缩感知和特征基函数结合的方法来计算三维导体目标的雷达散射截面.利用压缩感知理论，将随机选择的矩量法阻抗矩阵作为测量矩阵，将激励电压视为测量值，然后再用恢复算法可实现二维或二维半目标感应电流的求解.对于三维导体目标，使用Rao-Wilton-Glisson基函数表示的感应电流在常用的离散余弦变换基、小波基等稀疏基上不稀疏.为此，本文将计算出的目标特征基函数作为稀疏基，用广义正交匹配追踪算法作为恢复算法来加速恢复过程，并应用到三维导体目标的雷达散射截面计算中.数值结果证明了本文方法的准确性与高效性.

针对Wollaston棱镜和Savart偏光镜（SP）组合的差分成像光谱系统存在光线溢出和无法改变系统光程等问题，设计了一种新型双通道差分偏振干涉成像系统.此系统不仅可获取正交偏振图像，还可以通过调整Savart偏光镜的厚度来改变系统光程.介绍了该系统的结构、理论原理，并利用琼斯矩阵推导出四束偏振光线的复振幅及其相干光干涉强度表达式.分析了宽视场Savart偏光镜（WSP）和可调光程的Savart偏光镜（MSP）的分束特性，得出WSP相较于SP具有更好的剪切能力和WSP可优化系统光路的结论.获得了不同楔形结构角下MSP的光程差、横向剪切量随楔形移动量的变化曲线.通过实验验证，获取了不同剪切量下的干涉图像和复色光下平行、垂直分量的空间图像，进而获得了总的强度图像和差分强度图像.得出差分强度图像相较于偏振强度图像具有较高对比度的结论.研究结果对双通道成像光谱系统的性能优化具有一定的参考意义.

采用量子波包方法和二阶分裂算符方法对H/D+Li₂→LiH/LiD+Li反应在0.01到0.4 eV的碰撞能范围内进行了动力学计算.在态分辨的理论水平上计算了反应概率、积分截面、微分截面等动力学性质并与之前的理论结果进行了比较.结果表明：由于本文的计算中包含了总角动量J在体固定坐标轴上的所有投影所得，结果更加精确；此外，当H原子被重的同位素原子D取代，反应概率、积分截面增大，然而这并没有对反应机理产生大的影响.前后对称的微分截面表明插入反应机理在反应过程中占据主导地位.

介绍了一种基于卢卡斯数编码设计的轴上四焦点光子筛，其各焦距分布与黄金分割比密切相关.实验上利用相移数字全息验证了设计器件具有轴上四焦点聚焦特性，测量结果表明：轴向焦距和横向焦斑光强分布与理论设计值一致.该振幅型光子筛具有体积小、重量轻、易加工等优点，可应用于X波段显微和生物细胞阵列成像等领域.

通过测量散射介质的传输矩阵能够控制光在此介质中的传输，但目前没有通过优化传输矩阵（即搜索介质本征传输矩阵）来提高光传输效率的研究.通过测量介质的传输矩阵进行奇异值分解与背景滤波，初步优化了传输矩阵后，提出通过遗传算法再次优化传输矩阵，实现了进一步优化传输矩阵，提高了聚焦效率和信噪比.所提方法为可见光在生物组织中的成像提供了一种新的思路和方法.

腔光力学系统中的光辐射压力可以使系统中的各个子系统之间产生量子纠缠，最近在腔光力学系统中的量子纠缠引起了人们广泛的关注.本文研究了双腔光力系统中关于输出光场之间纠缠的性质，发现：此系统中力学振子的弛豫速率和滤波器带宽以及非相等耦合对输出光场之间纠缠的大小有着非常显著的影响，特别是在相等耦合条件下，输出光场中心频率与光腔本征频率近共振时，滤波器带宽对输出光场纠缠有着显著的抑制作用；但是如果采用非相等耦合，则可以有效抵制滤波器带宽对纠缠的抑制作用，使输出光场纠缠得到大幅提高.研究结果可应用在光力耦合系统中实现量子态转换、量子隐形传态等量子信息处理过程.

为了抑制高功率波导激光器中的高阶模式，改善其光束质量，基于增益导引-折射率反导引理论，在对称分层波导结构中添加了一层间隔层，进一步加大了高阶模式与基模之间阈值增益系数的差异，利用这种模式竞争抑制高阶模式.同时从波动方程出发，推导出各模式的本征方程，并给出了基模和高阶模的场分布.引入间隔层之后的高低阶模式损耗计算结果表明，通过合理地选择间隔层参数，可以有效地抑制高阶模式.

利用传输矩阵理论和TFCalc薄膜设计软件分析了分布布拉格反射镜和垂直腔面发射激光器（VCSEL）的反射率谱特性，对比了从谐振腔入射与从表面入射时反射率谱的差异，为白光反射谱表征VCSEL外延片提供了依据.利用Crosslight软件模拟了InGaAs/AlGaAs应变量子阱的增益谱随温度的变化特性及VCSEL器件内部温度分布，设计了增益-腔模调谐的VCSEL.采用金属有机物化学气相淀积设备外延生长了顶发射VCSEL，制作了氧化孔径为7.5 μm的氧化限制型VCSEL器件，测试了器件的直流特性、光谱特性和眼图特性；6 mA，2.5 V偏置条件下输出光功率达5 mW，4级脉冲幅度调制传输速率达50 Gbit/s.

利用高精细度光腔锁定激光频率，实现了对分子吸收光谱的高精度测量.光腔采用低热膨胀系数的殷钢结构设计和温度控制，实现了腔长度的稳定；通过将激光频率锁定在光腔纵模上，实现了高频率精度和高灵敏度的光腔衰荡光谱测量.利用该装置示范性地测量了二氧化碳分子在6470.42 cm^-1附近的光腔衰荡光谱和色散光谱，得到了高精度的谱线参数，并和数据库谱线参数进行了对比.

以椭球与圆球混合的胶体体系为研究对象，通过增加体系的面积分数，从实验上研究了混合体系发生玻璃化转变过程中结构和动力学行为的演变规律.在结构方面，通过计算和分析径向分布函数、泰森多边形以及取向序参量，发现椭球可以有效地抑制圆球结晶，整个体系在结构上始终保持无序.在动力学方面，通过计算体系的均方位移和自散射函数，发现随着面积分数的增加，体系的动力学明显变慢，弛豫时间在接近模耦合理论预测的玻璃化转变点快速增大并发散.通过考察快速粒子参与的协同重排行为，发现协同重排区域形状、大小和位置都与椭球的存在密切关联.

采用第一性原理计算了CH₃NH₃PbI₃中有机部分CH₃NH₃⁺和CH₃NH₃的静电特性.结果表明：CH₃NH₃⁺具有强的亲电特性，CH₃NH₃的CH₃^-端具有弱亲电性，而NH₃^-端具有弱亲核性.发现在CH₃NH₃PbI₃中CH₃NH₃⁺之间强静电排斥作用在相变中起着重要的作用，且在室温条件下CH₃NH₃⁺在无机笼中具备活性和无序的特性，使得TiO₂/CH₃NH₃PbI₃异质结中n型TiO₂的电子通过界面扩散到CH₃NH₃PbI₃材料，并与CH₃NH₃⁺结合形成CH₃NH₃，CH₃NH₃的静电特性导致在内建电场作用下更容易取向，取向的CH₃NH₃周围形成的静电场会变得更弱和更加均匀.这对无机框架上载流子的产生和传输更加有利，这样的异质结比传统的pn结具有更大优势.这是CH₃NH₃PbI₃太阳能电池高的光电转换效率的重要原因.

采用水热法合成了AgNbO₃压电纳米材料，表征了其压-电-化学耦合用于机械催化的物理机理.该耦合是压电效应和电化学氧化还原效应的乘积效应.经历60 min的机械振动后，AgNbO₃纳米材料机械催化振动降解罗丹明B（~5 mg/L）的降解率达70%以上.压-电-化学耦合效应的中间产物––强氧化的羟基自由基也被检测到，这表明压-电-化学耦合效应在实现机械催化过程中的关键作用.经过5次回收再利用，AgNbO₃纳米材料的机械催化活性无明显降低.AgNbO₃压电纳米材料具有高的压-电-化学耦合、高的机械催化降解率、可多次重复使用等优点，在振动降解有机染料方面具有重要的应用前景.

脱氧核糖核酸（DNA）的结构柔性对DNA生物功能的实现具有重要作用，全原子分子动力学模拟是一种研究DNA结构柔性的重要方法.DNA的分子动力学力场在Amber bsc0基础上有了进一步的发展，即Amber bsc1.本文采用基于最新bsc1力场和先前bsc0力场的分子动力学模拟对DNA的宏观柔性和微观柔性进行对比研究，发现力场的改进对DNA宏观柔性参量的预测有一定改善，即所预测的拉伸模量和扭转-伸缩耦合比与实验值更为接近，而弯曲持久长度和扭转持久长度两种力场结果皆与实验值一致.微观分析发现，除了滑移量稍变大，bsc1力场得到的微观结构参量如扭转角和倾斜角与实验值更为接近，且新力场下DNA宏观柔性的改善与DNA的微观结构参量及其涨落紧密相关.