自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点，但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长，另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题，提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务，该网络模型的更新不依赖于数据集，而是将生成神经网络与传输矩阵方法（TMM）相结合，通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构，并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示，本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件，实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比，生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解，与普通神经网络相比，全局优化网络考虑整体的优化目标，通过全局搜索寻找全局最优解，设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。

为解决目前激光测距接收光学系统存在的难点，即系统在具有充足进光量的同时又要保证其低制造成本和轻小型化，基于拉格朗日不变量理论分析设计了一种大相对孔径接收光学系统。系统采用6片式伽利略型标准球面镜，使用光敏面直径为0.5 mm的雪崩光电二极管（APD）探测回波光信号，优化后的系统入瞳直径为50 mm，相对孔径为1∶0.9，系统总长为114.9 mm，拉格朗日不变量为125 mrad·mm，获得了较为充足的进光量的同时满足低成本小型化要求。为降低杂散光的影响，进一步设计了遮光罩及镜筒栅栏结构。杂散光模拟追迹结果表明，系统在20°~85°离轴角视场外的杂散光抑制可以达到激光测距系统要求。在接收光学系统拉格朗日不变量为125 mrad·mm的前提下，激光测距系统的测距量程在加入光学系统后综合提升了21倍，表明该接收光学系统具有较大应用价值。

人工构建的平面化超构表面由于其独特的电磁响应以及超薄、易集成的优势，在光子学和新型光电子技术方面发挥着至关重要的作用。基于近场共振模式的发光超构表面在散射辐射光子、定向和增强光子态密度等方面展现出独特优势，拓展了其在前沿光子学领域的应用。本文概述了超构表面调控系综量子光源辐射行为的基本原理，详细介绍了可见光波段内发光超构表面最新的研究应用进展，包括微小型固态照明、虚拟现实和增强现实高清显示、可见光通信、高能X射线探测、手性光源以及低阈值微纳激光器等领域的应用。最后展望了发光超构表面的未来发展方向。

十几年来，钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于其在功率转换效率和制造成本方面的显著优势而备受关注。然而，其复杂的物理机制和众多限制因素给实验设计、工艺制造和综合优化策略带来挑战。以光电多物理场耦合模型为核心，开展一系列多物理场仿真计算，研究光电耦合模型的底层物理和边界条件，获得PSCs包括光学性能和电学性能的大量数据。根据这些数据，建立微观物理量和宏观光电响应的神经网络及机器学习模型，成功预测PSCs的光学和电学性能，其误差在3%以内，且速度较快。结合遗传算法，该模型根据给定的响应曲线反向优化结构参数，进而获得更高效率的PSCs。该研究有效解决了PSCs因光电耦合机制复杂、物性参数众多、仿真速度较慢而难以优化设计等难题，为光伏器件快速智能化设计提供了一种可行路径。

依据热平衡原理设计了以单片机为控制核心，DS18B20数字温度传感器和铂电阻PT100为检温元件，正温度系数（PTC）效应加热器为执行元件的温控及制冷功率测量系统。通过模糊PID（Proportional Integral Derivative）控制算法输出不同占空比的脉宽调制波，控制辐射冷却材料温度和环境温度保持一致性，同时利用3D打印工艺完成装置的搭建，最终测算出辐射制冷功率。实验结果表明，系统测量计算的辐射制冷功率与理论预测值接近，该系统可以有效满足多种辐射冷却材料的测量。

在脉冲法激光测距系统中，由于电光/光电转换、目标物的位置及反射率变化，回波脉冲的幅值和脉宽通常会发生改变，导致直接使用固定阈值法时测距系统会产生较大的误差。虽然自动增益控制系统可以减少该误差，但当前大部分自动增益控制都是通过峰值保持电路测量回波脉冲的峰值，存在保持峰值衰减、不稳定、响应速度慢等问题。为此，本研究使用250 MHz高速模数转换模块采集回波脉冲的峰值，并在现场可编程逻辑门阵列内实现峰值保持与清零。与带有峰值保持电路的自动增益控制系统相比，该系统具有电路简单、电压峰值不会衰减、响应速度更快等优点。实验结果表明：设计的带有改进型自动增益控制的激光测距系统可以有效地把回波幅值控制在较小范围内（0.76~1.44 V），从而减小测量误差。

现有的辐射降温器件不具有自适应性,即只能降温不能升温。为了实现升温和降温的双重功能,并且能够随环境温度改变而自动切换,本文聚焦于一种基于二氧化钒的自适应温度调控器,系统地讨论其光热调控原理、技术瓶颈和实现途径。利用传输矩阵和遗传算法相结合的方法,设计和优化由谐振腔和滤波器集成的多层结构,获得太阳吸收比为0.1、高温发射率为0.76和发射率差值为0.7的优异光热调控性能。在此基础上,根据实际环境预测该优化结构的实时温度响应,从理论验证其自适应温度调控功能。该研究为基于二氧化钒的自适应温度调控提供一种可供选择的解决方案,为智能热控的技术发展提供了相应技术储备。

金属中电子受光激发产生热电子的内光电发射过程可以突破半导体禁带的限制，在光电探测、光伏、光催化等应用中具有重要作用。然而金属纳米结构形貌、尺寸以及肖特基势垒对热电子注入效率的影响尚不清楚。基于蒙特卡罗模拟研究了单结、平面双结结构以及单结、双结核壳纳米线结构中的载流子传输行为，分析了金属纳米结构形貌、尺寸以及肖特基势垒对热电子注入效率的影响。结果表明，在金属薄膜较厚的平面热电子系统中，双肖特基势垒结构可以减小热电子热化损失，显著提高热电子注入效率；当金属比较薄时，热电子的热化损失较小，双结与单结系统的热电子注入效率相差不大。在单结纳米线核壳结构中，电子-声子散射显著地提高了热电子注入效率，并随着金属厚度（纳米线半径）增加而下降（提高）。在双结纳米线核壳结构中，热电子到达外肖特基结界面的注入角相对内界面较小，因此外肖特基结具有更强的热电子捕获能力。随着金属厚度（纳米线半径）的增加，金属中靠近外（内）肖特基结处产生的热电子数量增加，导致注入效率提高（降低）。本研究为更好地理解不同金属纳米结构中的热电子传输行为和注入效率限制以及高性能器件设计提供指导。

设计了一种应用于光抽运铯原子钟的稳频激光器, 用小型化的饱和吸收装置对激光进行稳频, 用于产生饱和吸收谱的泵浦光的偏振方向与检测光的偏振方向相互垂直, 通过调节激光的偏振方向增大铯原子的跃迁几率.相对于一般简化的饱和吸收装置, 小型化的饱和吸收装置产生的用于锁频的参考信号的幅度更大.当激光频率被锁定在铯原子的6S1/2, F=4→6P3/2, F=5能级跃迁线上时, 对激光器的稳定度进行了测量, 百秒稳定度为1.88×10－11.该稳频激光器的体积较小, 有利于光抽运铯原子钟的小型化和工程化应用.