提出了一种由圆柱纳米孔阵列组成的全介质超表面折射率传感器，通过平移纳米孔引入结构单元的面内对称性破坏，非对称的介质纳米孔阵列可以实现由电四极子（EQ）激发的具有高品质因数（Q值）的准连续域束缚态（BIC）共振模式。从理论上分析了结构非对称参数与Fano共振的辐射Q值之间的关系，证明了该模式为对称保护BIC模式，并进行近场分析和多极分解，证明了EQ在共振模式中占主导作用，同时分析了结构参数对Fano共振的影响，并计算了介质折射率的光谱响应，得到结构的灵敏度可达512 nm/RIU（折射率单元）、Q值为2568.7、优质因数（FOM）为760，所提结构在近红外范围内的高灵敏生物传感器领域具有潜在的应用价值。

设计了一种由连续域束缚态控制的高灵敏度太赫兹折射率传感器。该传感器由全介质光栅构成，通过平移打破结构的对称性，可以将共振转变为高品质因子（Q因子）泄漏模共振，且线宽极窄腔模式对周围介质的折射率变化非常敏感。利用有限元方法，数值模拟了具有不同非对称参数、光栅厚度、光栅宽度以及折射率分析物的透射光谱。结果表明，该光栅超表面的Q因子达到12620，标准灵敏度为31395 nm/RIU，FOM（Figure of merit）为1000，在太赫兹范围内的高灵敏光子传感器领域具有潜在的应用。

提出了一种基于Fano共振的太赫兹生物传感器，该传感器由石墨烯微盘三聚体结构组成。使用有限元方法分析了该结构的传输特性。仿真结果表明：石墨烯三聚体结构可以激发Fano共振，该传感器在太赫兹波段的灵敏度可以达到2 THz/RIU，品质因数可达到8；利用石墨烯化学势可以调节谐振峰值，因此在太赫兹波段可实现对谐振峰值的主动调控。该结构为基于超材料的超灵敏太赫兹传感器提供了一种设计思路，在微纳米级厚度的物质传感与探测方面具有潜在的应用价值。

提出了一种基于石墨烯的中红外波段表面等离激元带阻滤波器结构。该结构由单层石墨烯周期性排列组成。数值仿真结果表明,石墨烯纳米带化学势的轻微改变会导致谐振波长的移动。此结构在中红外光谱范围内的敏感度达1100 nm/RIU,品质因数高达138,可用作高灵敏度的折射率传感器。

提出了一种复式晶格二维石墨烯等离子激元晶体结构, 该结构由包含4个石墨烯纳米盘的原胞周期性排列组成。通过有限元法迭代求解本征频率, 得到了石墨烯等离子激元晶体的能带结构和态密度。数值仿真结果表明, 所提出的结构存在完全光子带隙, 带隙宽度可达5.7 THz, 且其位置和带宽可以通过改变石墨烯的化学势来调谐。该结构可以应用在高密度表面等离子激元集成回路和等离激元片内交叉互联技术中。

采用二色镜和可变透过率腔镜作为谐振腔, 实现了790 nm半导体激光器端面泵浦下的双包层掺铥光纤激光器的连续和调Q运转。连续激光运转实验结果表明, 在光纤长度和泵浦功率固定时, 增益光纤存在激光输出功率最大情况下的最佳输出透过率, 在70%最佳透过率时, 得到激光中心波长1 930 nm、输出功率5.9 W, 斜率效率为46%。采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体, 插入增益光纤与输出镜之间, 实现了掺铥光纤激光器的稳定被动调Q运转。当泵浦功率为3.4 W时, 获得最大平均输出功率为39 mW, 对应的脉冲宽度为0.9 μs, 脉冲重复频率为67 kHz, 单脉冲能量为210 nJ; 平均输出功率、脉冲宽度与泵浦功率近似呈线性关系。

基于非临界相位匹配,尺寸4 mm×4 mm×25 mm的磷酸钛氧铷(RTP)非线性光学晶体,在全固态162 μm光参量振荡器(OPO)方面做了相关的实验研究,将808 nm半导体激光端面抽运的Nd:YVO4 1064 μm激光模块应用于腔外RTP-OPO,获得了高效稳定的光参量输出。对比了不同OPO腔长、不同声光调Q频率对信号光平均输出功率和信号光脉宽的影响,在34 W抽运功率、23 kHz的重复频率和4 cm OPO腔长下获得最高平均功率为11 W的1619 μm信号光输出,抽运光-信号光转换效率高达323％,总光-光转换效率为85％。在最高输出功率11 W下得到单脉冲宽度4 ns,比基频光脉冲宽度(30 ns)小得多。

采用布拉格光纤光栅作为谐振腔,实现了 980nm半导体激光器端面泵浦下的双包层掺镱光纤激光器的连续和调Q运转.连续激光实验结果表明,在泵浦功率固定时,增益光纤存在激光输出功率最大情况下的最佳长度,当泵浦功率增大时,最佳增益光纤长度也随之增加.采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体,插入增益光纤与布拉格光纤光栅之间,实现了光纤激光器的稳定被动调Q运转.当泵浦功率为2.87 W时,得到了最小脉冲宽度33 ns、重复率38.5 kHz的脉冲序列;随着泵浦功率进一步增大,出现不稳定的调Q锁模现象.

在激光二极管端面抽运的三腔复合镜Nd:YVO4双波长激光器中，通过合理配置两个支腔腔长和输出镜透射率，采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体，实现1064 nm和1342 nm双波长激光被动调Q。当1064 nm支腔透射率为20%时，获得脉宽为10.8 ns的1064 nm脉冲和脉宽为12.5 ns的1342 nm脉冲，1064 nm脉冲在前，两脉冲峰值的时间间隔为16 ns；当1064 nm支腔透射率为25%时，获得脉宽为11.3 ns的1064 nm脉冲和脉宽为14.2 ns的1342 nm脉冲，1342 nm脉冲在前，两脉冲峰值的时间间隔为19 ns。根据双波长谱线竞争理论和石墨烯对1064 nm和1342 nm激光的可饱和吸收特性，对上述实验结果给予了合理的理论解释。

在激光二极管(LD)泵浦的Nd:YVO4激光器中,采用石墨烯分散液作为可饱和吸收体,分别实现1064 nm和1342 nm激光的被动调Q;获得平均输出功率为0.52 W,脉宽为7.7 ns,重复频率为105 kHz的1342 nm调Q脉冲序列和平均输出功率为0.62 W,脉宽为6.06 ns,重复频率为138 kHz的1064 nm调Q脉冲序列。测量石墨烯分散液对低功率连续激光的吸收系数与入射功率之间的关系,结果表明样品对1342 nm和1064 nm激光均存在可饱和吸收,但是对1342 nm激光吸收的饱和光强较低,由此分析1064 nm和1342 nm调Q脉冲的差别。