首先从理论上推导准相干或宽带光照明下空间光干涉光场的分布,由此可得准相干或宽带光照明下的四步相移法。其次,通过搭建绿光空间光干涉显微镜(SLIM)系统,以直径为6 μm的聚苯乙烯微球分散于显微镜物镜用油模拟细胞的微环境。最后,利用4幅SLIM图像成功重建出油浸微球的相位分布,平均半径相对误差为6.5%,光程差体积相对误差为8.4%。由于相干光的四步相移法和宽带光的四步相移法重建结果相差较小,因此,在追求成像速度的场合且细胞厚度较小时,可不对四步相移法进行修正,以加快相位重建的速度。

以玻璃基底作为聚苯乙烯纳米球的载体, 首先将聚苯乙烯纳米球旋涂在玻璃基底上, 然后通过热沉积的方法将金熔融沉积在聚苯乙烯纳米粒子的表面, 再通过超声的方式将负载有金纳米帽子的聚苯乙烯微球从玻璃基底上分离下来, 最后用二氯甲烷将聚苯乙烯微球溶解掉, 成功制备了空心的金纳米帽子材料。 通过共价键链接的方式在这些空心的金纳米帽子的表面成功修饰上苯的衍生物, 通过测试分析发现, 修饰带有不同电性的基团, 金纳米帽子的等离子体共振吸收会发生不同的红移或蓝移现象, 推测这是由于金纳米帽子表面结构电子密度的变化所导致。

在生物医学和临床医学领域, 许多疾病的诊断和治疗依赖于细胞形态的识别。不同细胞具有不同的形态, 这些形态的不同将导致生物组织中光传播特征的变化, 更重要的是这将影响细胞的光散射特性。目前, 动态光散射理论是动态识别细胞尺寸和形状的最佳方式。细胞主要由细胞质、细胞核和线粒体组成, 因此, 分析它们的光散射特性对于光学诊断和治疗具有非常重要的意义。设计实验获取了癌细胞和聚苯乙烯球的光散射特性, 并利用时域有限差分法建立细胞质模型进行细胞光散射特性仿真。从肺癌细胞的光散射结果可以看出, 线粒体对前向散射(0°~20°)和后向散射(160°~180°)贡献最大, 细胞核对侧向散射(80° ~100°)贡献最大, 细胞质对各个角度贡献均等。仿真结果和实验结果基本一致。

从自组装理论出发,分析对流自组装2维胶体晶体中空白、条纹区域出现的机理，并在实验上予以验证。通过研究得知,2维胶体晶体的自组装过程呈现空白、条纹、大面积单层、双层条纹的趋势。从胶体晶体覆盖率的角度出发研究2维胶体晶体的组装参数与质量之间的关系，结果表明:胶体晶体的总覆盖率与基片提拉速度倒数呈线性正比，和粒子体积分数呈反比例函数关系;受到多种因素的影响，大面积2维胶体晶体总是伴随着一定比例的空白区域和双层区域出现，提拉法所能获得的最大单层覆盖率为95%。

光镊所捕获的微球尺度常常落在中间尺度上，导致相关参量难于计算.OTT1光镊工具箱是一种基于广义Lorenz-Mie理论的T-matrix方法，它的发展使得对光镊系统的详细计算和评价成为可能.本文对光镊的轴向捕获特性曲线、线性性和刚度，以及杜克系列微球的互换性做了计算和评价.结果表明：光镊所用物镜的数值孔径越接近水的折射率捕获效果越好；0.8~1.2 μm的聚苯乙烯微球组成的光镊刚度较大；直径在2 μm以下的聚苯乙烯微球组成的光镊线性度较好；0.8~2 μm的Duke系列聚苯乙烯微球的互换性较好，便于纳米光镊的修正与实验；要避免米共振微球的直径要在2.5 μm以下.

以乳液聚合法制备的平均粒径1.2～1.5 μm单分散聚苯乙烯(PS)微球为核, 经过超声敏化、化学镀、还原等过程制备了PS/Ag核壳结构复合微球。采用透射电镜、X射线衍射、红外光谱、紫外可见光谱对其形貌、物相、结构与光学性质进行了表征与分析。结果表明: PS/Ag复合微球粒径相对均一; 通过多次敏化、控制二次银氨溶液浓度(0.002～0.006 mol/L), 可实现对纳米银壳层厚度的调控; 纳米银壳层沉积生长过程中, 随着PS微球表面银粒子的增多、增大, 复合微球的光学等离子体共振吸收峰产生显著的展宽与红移。

以改性聚苯乙烯微球为模板,采用化学镀法在聚苯乙烯微球表面包覆一层银,在四氢呋喃溶液中将聚苯乙烯微球溶解,得到中空Ag纳米球壳。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪对样品进行了表征及分析,并用紫外可见分光光度计研究了粒子的光学性质。实验结果表明:运用此法成功地制备出中空Ag纳米球壳的内径为250 nm,壁厚约为15 nm,并且成功地使纳米粒子的紫外吸收光谱由600 nm红移至900 nm左右,实现了在可见光至近红外光区调节Ag纳米结构的吸收峰。

利用乳液聚合方法制备了粒径约为262 nm的单分散聚苯乙烯(PS)微球。通过控制溶剂蒸发温度和液体表面下降的速度，用垂直沉积法较快速地制备出了在较大范围呈现很好有序性的密排结构聚苯乙烯胶体光子晶体，其在626 nm波长处存在光子带隙。在扫描电子显微镜(SEM)下，观察到该胶体光子晶体是面心立方(fcc)密排结构。实验结果表明，对于粒径为262 nm的聚苯乙烯微球，在温度为55 ℃，质量分数为0.3%的情况下，当液体表面下降的速度约为每天3 mm时，可以得到高质量的胶体光子晶体。这种高质量的胶体光子晶体可以为利用模板技术制备具有完全带隙的有序孔结构提供较理想的模板。