首先采用有限元法数值计算了铜膜内的电子温度和晶格温度分布变化, 揭示了铜膜内电子非平衡热输运时间随飞秒激光光束参量的变化情况。仿真结果表明, 铜膜内的电子非平衡热输运时间会随着泵浦光束数量及脉冲能量密度的增加而增加, 并且使用三束飞秒泵浦激光作用时, 电子非平衡热输运时间比单脉冲作用时的电子非平衡热输运时间增加了3倍。其次使用三束飞秒激光泵浦的泵浦-探测实验系统进行验证。实验结果表明: 通过用具有一定延时的三束飞秒泵浦激光作用铜膜时, 铜膜表面的瞬态反射率出现三次突变, 使电子非平衡热输运时间得到极大延长, 从而大幅度消除激光加工热障, 并提高加工的质量、精度和效率。

构建了一种介质层与磁性层交替排列的一维磁光光子晶体,结构中间缺陷层采用介质材料。在缺陷层两侧分别施加方向相反的磁场,该结构能实现电磁波的非互易性传输。运用修正后的传输矩阵法计算分析结构的透射谱,研究结果表明,当缺陷层的厚度变化时,在一定的波长范围内,光子晶体光子禁带中会出现多个非互易通道,且缺陷层的厚度越大,相邻通道的间距越小,禁带中所能容纳的通道数目越多。当缺陷层厚度为7500 nm时,光子禁带中非互易通道数可达7。所设计的光子晶体结构有望用来制作多通道光隔离器,在密集波分复用光通信技术以及集成光路等领域得到应用。

设计了一款适用于手机的虹膜识别镜头, 该镜头包含3片塑胶非球面透镜, 焦平面阵列探测器中互补金属氧化物半导体(CMOS) 芯片的像素大小为1.12 μm。所设计镜头的F数为2.0、全视场角为32.6°、总长为4.0 mm。最佳工作距离为320 mm时, 在1/2奈奎斯特频率处各视场的调制传递函数(MTF)大于0.45, 光学畸变在1.2%以内, 相对照度大于87%。该光学系统结构简单、体积小、像质优良。

采用时域有限差分法(FDTD)对硅基太阳能电池表面抛物锥阵列微结构的反射特性进行研究，分析了抛物锥阵列的高度、底面占空比、周期等参数对其抗反射性能的影响。研究表明，反射率随底面占空比、高度的增大而减小。在锥高600 nm 且抛物锥底面直径等于周期的情况下，锥底面直径分别取128，160，213，256，320 nm 时，微结构在硅的响应光谱300~1200 nm 内均能获得低于3%的反射率；在此基础上提出一种大、小抛物锥相切排列的新型复合结构，将硅的响应光谱波段内的反射率进一步降低至1%以下，为硅基太阳能电池抗反射表面的设计提供了一种新的思路。

飞秒激光泵浦瞬态热反射技术是研究金属薄膜超快动力学的有效手段, 这种技术具有两大突出特点: 首先, 可以揭示飞秒激光激发的微观电、 声子的传输过程是一个非平衡热输运过程。 其次, 反射率瞬态变化实验中电子运动的超短时间分辨可以用来研究热过程中电子的非平衡相互作用情况。 利用磁控溅射真空镀膜技术, 在玻璃衬底和硅衬底上蒸镀了不同厚度的Co单层膜, Cr, Co双层膜以及Ag, Co双层膜。 利用飞秒激光瞬态反射技术研究了Co膜及其双层膜的瞬态反射率响应。 结果表明, 在同一厚度的Co膜样品上, 施加不同的泵浦光功率时, Co膜内电子的加热时间与泵浦光功率的大小无关, 均为0.1344 ps。 而对于不同厚度的Co膜, 电子的热化时间与薄膜厚度直接相关。 此外, 发现与以往研究结果不同的是, 在泵浦光功率足够大时, 玻璃衬底上的Co膜在飞秒激光脉冲泵浦下会出现两次或三次瞬态反射率下降现象, Co膜厚度决定了Co膜内瞬态反射率突变的次数, 即Co膜内电子的超快动力学变化次数。

将相互耦合的3平行光子晶体单模波导看成一个多模干涉系统，通过研究二维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应，优化设计了一种新型1×2光子晶体波导定向耦合分束器，采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中，根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置，通过改变输出波导和耦合区连结的一个介质柱位置构成波导微腔结构，改变耦合区中的模场分布，实现模式匹配，从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明，移动介质柱距离输出单模波导和多模波导连结处1.85a位置处时，对于波长为1.55 μm的入射光，该分束器的透射率可高达99.04%。

构造一种棱镜耦合一维光子晶体结构，利用传输矩阵方法对该结构中光的传输特性进行研究。结果表明：光在这种棱镜耦合一维光子晶体结构中传播时，会在光子晶体表面产生非辐射传播模，即表面波，而且在反射谱中表面波所在的角度位置、反射率的大小以及反射峰的半峰全宽受到一维光子晶体的介质折射率和介质厚度的调制。此外，表面波对应的角度位置对光子晶体最外端的环境折射率与厚度敏感，可以应用于高精度的质量传感。

用时域有限差分(FDTD)法和快速傅里叶变换(FFT)方法计算了二维正方格子光子晶体的点缺陷的谐振频率，研究了点缺陷的半径和背景材料折射率的变化对谐振频率的影响。研究结果表明，谐振归一化频率随点缺陷的半径或背景材料折射率增大而减小，当点缺陷半径增大到0.45r时，谐振中心归一化频率为0.336，波导微腔传输系数最大为98.02%。

通过研究2维正方晶格光子晶体波导多模干涉的自映像效应，优化设计了一种新型1×2光子晶体波导分束器，采用时域有限差分法对其传输特性进行模拟分析。设计过程中，根据多模干涉耦合区中周期出现的双重像的位置确定两个单模输出波导的位置，通过在分束器输入和输出耦合区的连结处设置介质柱，改变输入和输出耦合区中的模场分布，实现模式匹配，从而明显减小分束器的反射损耗。计算结果表明:设置的介质柱归一化半径分别为0.08和0.177时，对于波长为1.55 μm的入射光，该分束器的透射率可高达93%。

利用分步傅里叶变换法分别求解含三阶色散效应和不考虑三阶色散情况下的光孤子非线性薛定谔(NLS)方程，通过数值求解发现三阶色散效应会使孤子对脉冲发生单边振荡，并在振荡侧逐级产生次脉冲。讨论孤子对的两束孤子脉冲之间的振幅比与相位差对传输的影响，发现在不考虑三阶色散的情况下，振幅比与相位差均对孤子对的传输有显著影响，在考虑三阶色散效应时，只有相位差对孤子对的传输产生影响，并可以导致脉冲能量转移。