传统的光学透镜存在体积较大、聚焦效率低、焦点半峰全宽较大以及在高数值孔径的透镜中性能表现不佳等问题。而光学超表面凭借其自身的亚波长结构，具有强大的操控光相位的能力。相比于传统透镜，超透镜具有尺寸小、厚度薄以及聚焦性能好等优点。本文提出一种基于目标优先算法的逆向设计方法，设计了一种基于低折射率聚合物材料的超透镜结构。其在传播方向上的厚度仅为3.2 μm，在1550 nm的工作波长下，数值孔径为0.82，聚焦效率为72%。较传统设计方法而言，该方法具有计算复杂度低和设计效率高等优点。设计的器件可采用高精度微纳打印技术实现批量化的快速制造。考虑到超透镜在制备过程中存在制造容差，进一步讨论了超透镜轮廓偏移以及三维旋转操作对所设计的二维超透镜的影响。

提出了一种基于环形芯结构的掺铒涡旋光纤。针对该涡旋光纤的放大性能，分析了其高折射率环和掺杂区域宽度对增益性能的影响。仿真结果表明，该光纤可支持1~2阶涡旋光模式，且C波段内的模式增益均高于35.4 dB。通过搭建实验装置对环形芯掺铒涡旋光纤的放大性能进行了测试。实验结果表明，在1530 nm波长处涡旋光的模式增益最大值高达32.6 dB。此环形芯掺铒涡旋光纤可广泛应用在长距离、大容量的空分复用光纤通信等领域中。

基于聚合物材料的回音壁模式卵形微腔,打破了传统微腔的圆对称性,利用微腔边缘波长级的缺口,实现了远场发散角极小的定向出射。通过三维时域有限差分法仿真分析了卵形微腔的回音壁模式及定向输出特性,重点讨论了不同的变形参数对于远场特性的影响。选用最优的变形参数,得到了波长在536 nm附近的回音壁模式的近场、远场的光场分布特性,以及缺口尺寸对微盘输出光谱的影响,并将卵圆形微盘结构拓展到卵体形微球结构,进一步缩小了光束发散角(约为2.5°),其最高的定向出射效率达93%。该结构不仅可以作为光与物质相互作用的新颖的研究平台,拓展了缺陷变形微腔在定向出射领域的研究范畴,而且有利于推动微型光子器件在生物医学及环境检测等领域的发展。

提出一种基于非本征法布里-珀罗腔的新型光纤声发射传感器。采用数字光处理3D打印技术制备声振动敏感膜片,该结构基于灵活的数字模型设计,可一次成型,易于与标准光纤陶瓷插芯表面集成。实验结果表明:所制备的法布里-珀罗传感器具有较高的消光比;该声发射传感器在频率为600 Hz~2.4 kHz时具有较高的灵敏度,在频率为1.6 kHz时,声压灵敏度为2.81 mV/Pa。基于3D打印技术的光纤声发射传感器具有稳定性好、制备工艺简单等优点,在声发射检测领域具有潜在的应用前景。

提出一种能实时识别外来撞击声发射信号的被动结构健康监测系统. 此系统使用基于半导体光放大器的光纤布喇格光栅传感系统监测高频动态应变, 动态应变引起的光栅反射谱波长移动转化为相位变化, 并被迈克尔逊干涉仪解调. 在迈克尔逊干涉解调仪中, 使用PID控制器补偿由温度和大的准静态应变引起的低频漂移. 对光程差和布喇格光栅光谱线宽等参量进行了分析和优化. 利用该解调系统成功地对金属板受到撞击时激发的声发射进行了感测, 可获取的动态应变信号频率高达197 kHz.