提出一种环形相位构造方法，并通过实验产生了一种可调谐手性结构光场。在螺旋相位的基础上引入径向相位与等相相位形成环形子相位，在平面波上加载该相位产生单环手性结构光场。进一步利用相位叠加原理，组合多个不同环形子相位构成一个环形相位，进而利用其调控产生多环形手性结构光场。研究发现，通过控制拓扑荷数、等相位因子、径向偏移因子，能够灵活控制螺旋强度瓣叶的数量以及手性方向。此外，通过引入等相位梯度实现了光场的动态旋转。所构建的可调谐手性结构光场有益于手性结构微加工，在光学微操纵及光学通信领域也有较大的潜在应用价值。

从几何光学焦散角度，利用谱相位调制原理，提出一种通用且高效的无衍射结构光场调控方法。利用驻相近似和焦散线原理建立了谱相位与光束横截面分布轨迹之间的数学模型。提出一种谱相位叠加的改进算法，实现构建任意结构的无衍射光束，理论模拟和实验结果相吻合。与现有方法相比，本文方法能够实现对无衍射光场形状分布的灵活调控，其丰富的结构及无衍射特性将极大地拓展其在光学微加工及微操纵等领域的应用。

提出并实验产生一种基于衍射突变的新型蝴蝶光束。根据突变理论，该光束的光场结构由状态变量和控制变量共同构成的势函数所决定。由于蝴蝶突变的高维性，蝴蝶光场的焦散理论上表现为4维空间的超曲面，映射该光场到低维空间，其展现丰富多样的光场结构。此外，通过操纵控制参数，发现蝴蝶光束能调控成不同的光场结构。研究了蝴蝶光束的频谱，发现其谱振幅能用多项式形式表示。所得数值模拟结果与实验结果吻合。该光束具有弯曲的传播轨迹和丰富的光场结构，在波前控制、光学微操纵与生物医学方面有潜在应用。

针对国家环境空气质量监测站 (NAAQMS) 由于体积大、成本高而不利于大面积广泛布点的问题, 研制了一种微型空气质量监测系统, 用于监测大气中 CO、NO2、O3、SO2、PM2.5 和 PM10 的浓度。该系统分别采用电化学气体传感器和光学粒子计数器来测量气体污染物和颗粒物浓度。考虑到传感器在测量污染物浓度时容易受到大气温湿度的影响, 基于多传感器融合技术通过温湿度补偿算法对测量结果进行了修正, 并与 NAAQMS 发布的数据进行了比较, 分析表明二者具有很强的相关性。与 NAAQMS 的数据相比, 本系统 10 天监测数据的相关系数优于 0.7; 通过算法校正后, 某些污染物 (如 PM2.5) 的相关系数甚至可以提高到 0.9。新设计的空气质量监测系统具有鲁棒性强、体积小的特点, 适用于环境空气污染物的长期大面积分布式网络监测。

精确测量机动车排放尾气中的超细颗粒物粒径分布, 对于大气污染和人体健康风险评估意义重大。基于之前研发的单极性荷电器、平板差分电迁移分析仪 (PDMA) 和法拉第杯静电计 (FCE) 等模块, 研制了一款便携式超细颗粒物粒径谱仪, 可实时监测机动车排放尾气中 20 ～ 500 nm 的超细颗粒物粒径分布。开展了自研粒径谱仪的标定实验, 结果表明该粒径谱仪所测得的粒径峰值与 TSI 3081A/3082 筛选出的 40 nm 和 100 nm 的单粒径颗粒物相差 ± 5% 以内, 同时所测得数浓度与毕加索 (Pegasor) 颗粒物数浓度监测仪 (PPS-M) 测得的数浓度相差 ± 10%。进而针对不同型号机动车进行了外场实验, 实验结果表明汽油和柴油机动车排放尾气中的颗粒物数浓度主要集中在小于 40 nm 的粒径范围。此外在与商业仪器的比对实验中, 自研粒径谱仪测得峰值的中值粒径为 20 nm, 商业化的静电低压撞击器 (ELPI) 测得峰值的中值粒径为 17 nm, 二者相差 15%, 表明二者具有良好的一致性。

完美涡旋光场模式的单一性难以满足其在多种领域的应用需求。为解决该问题,提出了一种同心矢量完美涡旋模式,其光强分布为一族同心的矢量完美涡旋,各环矢量完美涡旋的性质得到了验证。研究发现,每个完美涡旋的光环大小、偏振阶数等特征参数相互独立。对同心矢量完美涡旋模式光环叠加的实验表明,与标量完美涡旋光束叠加不同,矢量叠加产生的子涡旋会在特定位置消失,原因是两光环在该位置偏振正交。该研究极大地丰富了完美涡旋的模式分布,拓宽了完美涡旋在微操纵、光通信等领域的潜在应用。

为了增强激光诱导玻璃等离子体的辐射光谱信号, 采用直径为10 mm的玻璃纤维材质半球空腔对等离子体进行束缚, 对比研究了无约束和约束两种实验条件下的辐射光谱信号.由于激光的聚焦情况对玻璃等离子体特性有较大影响, 实验首先对激光在样品中的聚焦位置进行了优化, 结果表明当样品表面位于透镜焦平面以上3 mm处时激光诱导玻璃等离子体辐射光谱最强.然后采用时间分辨光谱对比研究了无约束和半球空腔约束下光谱强度的时间演变规律, 并分析了谱线强度增大倍数的时间演变, 结果表明在等离子体产生后6~15 μs的时间内, 半球空腔约束下谱线强度呈现出增强的现象, 且具有不同能级的谱线增强程度不同, 当采集延时为10 μs时具有最优增强效果.最后研究了激光能量对半球空腔约束下等离子体辐射增强效果的影响, 研究结果表明, 随着激光能量增大, 谱线增强倍数逐渐增加, 当激光能量超过170 mJ以后, 谱线增强效果开始下降.

采用粒径约为10nm的CdSSe/ZnS量子点层作为发光层, 制备了叠层结构的量子点发光器件, 研究了量子点层厚度对其薄膜形貌及量子点发光二极管性能的影响。原子力显微镜测试结果表明: 量子点层过厚时, 量子点颗粒发生团聚, 且随着厚度的降低, 团聚现象减弱; 当量子点层厚度和量子点粒径相当时(约为10nm), 量子点呈单层排列且团聚现象基本消失; 而量子点层厚度低于10nm时, 薄膜出现孔洞缺陷。器件的电流-电压-亮度等测试结果表明: 量子点发光二极管中量子点层厚度与器件的光电特性密切相关, 量子点层厚度为10nm的器件光电性能最优, 具有最低的启亮电压4.2V, 最高的亮度446cd/m2及最高的电流效率0.2cd/A。这种通过控制旋涂转速改变量子点层厚度的方法操作简单、重复性好, 对QD-LED的研究具有一定应用价值。

分别采用二氯苯氧乙酸和溴乙酸对ITO表面进行修饰, 研究其对OLED器件(ITO/PVK/ FIrPic∶SimCP/TPBi/LiF/Al)性能的影响。结果显示, 相较于未修饰的器件, 采用二氯苯氧乙酸修饰后的器件最大亮度由673.4cd/m2提升至1875.2cd/m2, 同时器件的启亮电压由6.2V降至5.3V。研究发现, 有机酸处理能够改变ITO的表面能和功函数, 一方面改变ITO和后续膜层的接触性能, 影响后续膜层的成膜; 另一方面也可以有效减少ITO与有机层间的势垒, 提升载流子注入。这种用有机酸修饰ITO阳极的方法工艺简单, 能有效降低空穴注入势垒, 优化ITO和有机层的接触性能, 对器件性能的提升起到一定的促进作用。