手征超表面是由具有特定电磁响应的平面手征单元结构构成的超薄超材料，由于其具有自由控制电磁波的奇异能力而引起了极大的关注。通过在超表面设计中加入可调谐材料，可以实现其功能受外部激发控制的可调谐或可重构的超器件，为动态调谐电磁波开辟了新的道路。本文介绍了可调/可重构手征超表面电磁特性的一些理论基础，当线偏振光进入可调谐手征超表面时，会被分解为左旋圆偏振(LCP)波和右旋圆偏振(RCP)波，通过外部环境改变介质的介电常数和磁导率，超表面光器件可以动态地控制各种偏振光特别是圆偏振光的响应特性如折射率、二色性、旋光性、不对称传输等。按照可调谐手征超表面所控制的负折射率、圆二色性和旋光性、不对称传输性质，对其最新的研究进展进行了综述。最后，对可调谐手征超表面这一快速发展领域未来可能的发展方向和存在的挑战提出了自己的看法。

本文介绍了一种能够产生超强旋光性的弱手性极薄(λ/10)亚波长结构的超表面。该超表面的单元结构由介质层以及设置在介质层上下表面的两层椭圆金属贴片组成，两层椭圆金属贴片之间存在一个扭转角的关系。当扭转角为 80°时，超表面在谐振频点 11.89 GHz处能将入射线偏振电磁波转换为交叉极化透射波，其透过率超过 94%。这种超表面重量轻、体积小，为极化旋转提供了一种可靠的方法。若将其拓展到光波波段，该超表面在弱手性分子的生物学检测中有潜在的应用。

分析旋光-电光晶体的电光相位以及强度调制特性,并定义晶体的π-电压。对于具有旋光性的电光晶体,以往半波电压的概念不能准确描述其电光偏振、强度调制的周期性,因而引入π-电压这一概念,并将其定义为此类晶体的椭圆双折射相位延迟变化量等于π时所需要的调制电压。对于置于两个偏振器之间的旋光-电光晶体强度调制器,旋光性可以为电光强度调制提供光学偏置,但调制光强度是调制电压的偶函数,只有当检偏器的主透光方向平行或垂直于晶体出射线偏振光波的偏振方向时,才能实现完全的电光开关。当将此类晶体用于电光开关时,可定义能够实现完全开关状态转换所需要的最大调制电压为开关电压。通过实验测量了一块尺寸为6 mm×4 mm×2.9 mm的硅酸铋(Bi₁₂SiO₂₀)晶体的π/4-电压,对于635 nm的光波长,π/4-电压约为3 kV。对于具有旋光性的弹光调制器,可以引入π-应力和π-应变的概念。

提出一种具有巨旋光性和负折射特性的双频带手征性超表面结构,该手征性超表面由中间介质层和双层共轭卍字形周期排列而成;通过研究面电流密度分布,解释了巨旋光性和负折射率产生的原因;研究了手征性超表面单元结构的连续圆金属贴片半径和介质层厚度对该结构旋光性和负折射特性的影响。数值模拟结果表明:该结构在0.1~2 THz频率范围内有4个谐振频点,在谐振频点附近,平均折射率均为负值,实部幅值最大为-3.7;该结构在谐振频点附近显示了巨旋光性以及双频带的左旋圆偏振波和右旋圆偏振波负折射特性,最大偏振旋转角达到了122°,右旋圆偏振波折射率实部幅值可达-12.74。

现有声光可调谐滤光器（AOTF）调谐关系大多忽略旋光性影响, 忽略旋光性将影响声光滤波器的准确设计, 并会进一步影响其滤波性能, 故推导了旋光率与衍射波长之间的关系, 进而得到考虑旋光性的AOTF衍射频率-波长调谐关系; 针对AOTF衍射波长在不同温度下存在温漂, 因此影响AOTF的光谱分辨率, 从温度影响超声声速出发, 分析得到AOTF衍射波长在不同温度下与驱动频率的关系, 提出在不同温度下采用频率修正的方式跟踪衍射波长。 根据考虑旋光性推导所得AOTF调谐关系、 考虑到实时跟踪温度、 频繁变换驱动频率容易对系统造成破环, 影响使用效率, 因此采用10 ℃为一个温度段, 在一个温度段内根据中间温度使用一个驱动频率对AOTF进行调控, 每一温度段有相应的驱动频率-衍射波长对应关系, 叙述了具体的实现办法, 并做了相应的实验验证。 实验表明, 通过频率修正之后在相应温度下得到的衍射波长, 与普通室温未修正频率下得到的衍射波长相比, 前者与目标波长更相近, 误差减小一个数量级。 为AOTF在不同温度下的高精度光谱测量提供了重要的依据, 具有重要的实用价值。

随着社会经济的高速发展, 环境污染和生态破坏日益严重, 突发性环境污染时有发生。 利用光谱技术测量有害气体的浓度, 可以对空气进行实时监测。 在弱吸收条件下, 利用多次反射池可以增加有效光程, 从而提高吸收光谱的探测灵敏度。 基于Herriott型多光程池的结构, 提出了一种紧凑型多光程池。 该光学器件由多个圆环形凹面反射镜螺旋封闭构成, 入射光沿着环形镜的径向和轴向同时传播, 形成有规律的放射状分布, 光线在吸收池中的反射轨迹呈螺旋路径, 光斑呈螺旋形分布。 实现了入射光和出射光的分离, 从而增加了光路的可调空间。 由于吸收池中的反射次数与螺旋的圈数成正比, 可以根据实际需要选择合适的光程。 另外, 该反射池的主体是一个圆筒, 具有稳定的机械性能和一定的抗震性。 利用ABCD矩阵变换分析了系统的稳定性, 通过模拟发现光束通过透镜后, 焦点会聚在圆筒中心附近, 能使入射光斑在池中收敛, 并讨论了反射次数与螺旋圈数的关系。 还研究了在不同入射角条件下的旋光特性, 发现线偏振光的旋转角度与入射角度成正比。 当入射角相同时, 旋转角度随着反射次数的增加而增大。

声光滤波技术作为一种新的分光手段在光谱成像等领域有着广阔的应用前景。高性能声光滤波器的设计与制作是声光滤波技术的核心关键。从声光相互作用的基本理论出发，研究了声光作用过程中动量失配量对声光滤波器衍射效率的影响。并进一步分析了声光滤波器的角孔径以及衍射线宽的变化规律。研究结果表明，声光滤波器的调谐关系随入射光角度的变化而变，在确定入射光角度的情况下，衍射光波长和超声波频率一一对应。另外，随着入射光角度的变化，衍射光的波长发生变化的同时，其线宽以及角孔径发生明显变化，通过调整入射光的角度可以相应改变衍射光的线宽，实现窄带的声光滤波，提高声光滤波器的光谱分辨本领，也可以调整入射光的角度获得较大的角孔径，提高滤波器的集光能力。理论的计算结果与实验结果符合的较好。研究结果对高性能声光滤波器的设计提供有意义的借鉴和参考，并推动声光滤波技术更广泛应用。

阐述了手性负折射率现象的产生机制; 总结了近几年国内外手性负折射率材料在仿真模拟和实验制备方面的研究进展; 分析了手性负折射率材料的旋光性、手性参数、损耗等; 介绍了手性负折射率材料在各个领域的应用。分析认为, 探索手性负折射率材料的新机制、新方法和新材料, 从而在可见光波段实现负折射率是未来手性负折射率材料的重要发展方向之一。

基于电信号调谐的声光可调滤波器具有宽光谱、快速调谐、大孔径角以及窄滤波线宽等特点。在考虑了二氧化碲晶体的旋光性的基础上，设计了一种非共线型声光滤波器。实验研究了该滤波器调谐关系以及不同中心波长的滤波线宽等性能。该滤波器的性能与理论预期符合较好。另外，结合倒置光学显微镜系统，搭建了超光谱显微成像实验系统，并进行了初步的超光谱显微成像实验研究，在可见光范围内获得了较好的超光谱成像结果。