里德堡原子接收机利用激光缀饰原子能级实现射频场信息获取，具有高灵敏度和宽频带的射频电场探测能力，有望成为精准导航和高分遥感的重要工具。本文提出并展示了一种面向射频信号到达角估计的多光束里德堡原子接收机方案，利用里德堡原子的电磁诱导透明效应与超外差技术，在气室内不同位置同步测量来波信号的相位差进而实现信号到达角的精确估计。为验证方案可行性，文中使用多光束里德堡原子接收机对X波段 (8.57 GHz)来波信号到达角进行仿真与实验研究，两者具有很好的一致性。结果表明，基于原子的亚波长多光束相位测量方案可以用于射频信号到达角的精确估计，并具备拓展至三维接收阵列的能力。

水热合成以其低温、可控性强和基底兼容性好等特点，已经成为制备ZnO纳米结构的重要方法。本文以ZnO纳米结构的“生长-结构-应用” 为主线，系统梳理了水热合成中前驱体溶液、反应温度、反应时间和种子层等关键参数对ZnO形貌和取向调控的作用机制。对微接触印刷、喷墨打印与激光诱导水热生长法等区域选择性生长策略的可行性与适用性进行了比较。在此基础上，进一步探讨了ZnO纳米结构在微纳光子器件中的代表性应用，包括紫外探测器、发光二极管、光子晶体和微激光器等。重点分析了异质结设计、掺杂调控以及复合材料引入对器件性能的具体影响。通过器件响应特性与材料结构生长条件之间的对应关系，为ZnO纳米材料在微纳光子学领域的规模化集成与性能优化提供技术参考。

本文提出并实验验证了一种基于聚合物薄膜法布里-珀罗干涉 (FPI)与马赫-曾德尔干涉 (MZI)的复合光纤传感器，可用于实现温度、水溶液盐度与压力的高灵敏度测量。该传感器结构采用一段拉锥后的光子晶体光纤 (PCF)，在其两端分别串联用于温度补偿的光纤布拉格光栅 (FBG)与用于压力测量的聚合物薄膜 FPI，并通过单模光纤 (SMF)连接构成完整的传感系统。实验结果表明，所设计的传感器能够对温度、盐度和压力 (深度)实现同步测量，其灵敏度分别为−0.0465 dB/℃、−25.1557 dB/ (mol/L)与2.2878 dB/kPa，具有结构紧凑、灵敏度高、可重复等优势，在海洋环境监测领域展现出广阔的应用前景。

手性作为自然界普遍存在的一种基本特性，带来的独特光学响应 (如圆二色性、旋光性)使其在传感检测、光学调控、量子信息等领域具有不可替代的应用价值。微纳加工技术凭借高分辨率、可编程性强等优势，已成为微纳尺度手性结构加工的优质方案。本文探讨了电子束光刻、聚焦离子束及激光直写三种主流微纳加工技术的加工原理、工艺特点、创新路径及典型应用范式。同时，介绍了一些通过微纳加工制备的手性结构用于传感器、光学调控、圆偏振光吸收，手性粒子分离等的成果，并展望了该领域未来在工艺优化、功能集成及跨场景应用等方面的发展方向，为手性微纳器件的研发与产业化提供参考。

非厄米超表面以非厄米物理为基础，打破了传统厄米系统能量守恒的框架，将增益/损耗作为核心调控自由度，基于奇异点与宇称-时间(parity−time，PT)对称特性，为光偏振态的调控提供了新的方法。这一领域以非厄米哈密顿量与时域耦合模理论为基础，当系统参数演化至奇异点时，本征值与本征态会同时简并，同时还会伴随着拓扑相位突变、非对称传输等独特效应。本文以偏振调控为对象，从系统的几何参数、偏振自由度和外场动态调控三个方面展开，对非厄米偏振超表面的理论及代表性研究成果展开综述。

基于蜂巢光晶格构建了具有$ {\rm{C}}_{5} $和$ {\rm{C}}_{7} $两种旋转对称性的旋错结构，系统研究了弗洛凯调制下拓扑旋错态以及旋错涡旋的调控行为。为波导阵列结构引入纵向螺旋调制，成功类比弗洛凯机制打破了系统的时间反演对称性，为系统引入了等效规范场，揭示了弗洛凯工程对能带结构的调控机理，获得了螺旋波导阵列中旋错缺陷对应的模式。基于得到的多组简并旋错态，通过线性组合构建了具有轨道角动量的旋错涡旋模式并考察了其传播动力学。本工作实现了弗洛凯工程与拓扑缺陷的有机结合，为制备稳定的涡旋光束和拓扑光学器件提供了理论基础，有望扩展拓扑材料在光子学领域的应用前景。

针对传统光纤布拉格光栅 (FBG)温度传感器本征灵敏度低，且传统光学游标效应依赖包络拟合易引发光谱展宽、检测限劣化的问题，本文提出一种结合飞秒激光微加工技术与免包络游标方法的并行FBG高灵敏温度传感器。利用飞秒激光冷加工的高精度与三维加工优势，在单模光纤同一横截面内刻写并行FBG阵列。通过构建理论参考臂与截线追踪法，以FBG离散高Q值共振峰代替传统干涉仪，消除包络展宽误差。所制备的并行FBG传感器，其温度灵敏度达到244.48 pm/℃，相较于单一FBG实现了超19.5倍的提升，为FBG在高精度温度传感领域的应用提供了新方案。

衍射光波导是增强现实(augmented reality, AR)近眼显示的核心光学方案，但传统表面浮雕光栅在色散、视场角、耦合效率及亮度均匀性等方面存在固有缺陷。超表面凭借亚波长尺度结构灵活的光场调控能力，为有效解决上述问题提供了新途径。本文基于衍射光波导的核心物理机制，系统综述超表面在衍射光波导中的研究进展：在色散补偿方面，通过多层堆叠、高阶衍射级次匹配与系统级几何补偿三种技术路线，实现了波导内消色差耦合；在视场角扩展方面，借助高折射率材料及空间与偏振复用架构，有效突破了传统波导的视场限制；在效率与均匀性优化方面，通过多分区设计、折射率虚部调控与拓扑优化方法，使耦合效率逼近几何理论极限。在功能扩展方面，利用几何相位的偏振调控能力，实现了单波导立体显示、双焦面成像与偏振复用视场拼接等应用。最后，展望了超表面衍射光波导在智能逆向设计、宽禁带材料应用、动态光场调控及大面积低成本制造方面的发展前景。

采用飞秒激光直写技术在Nd:YAG晶体中制备圆形包层波导，以化学气相沉积法制备的拓扑绝缘体三硒化铋 (Bi₂Se₃)作为可饱和吸收体，成功实现被动调Q涡旋激光的稳定运转。通过显微成像、微拉曼光谱及端面耦合测试，证实所制备圆形波导具有优良的几何形貌与导光性能。对Bi₂Se₃薄膜的非线性光学特性进行实验表征，测得其调制深度为8.6%，饱和强度为26.25 GW/cm²。在1 μm波段系统研究并对比了连续波与调Q模式下的激光输出性能，结果表明，该圆形波导具备优异的热稳定性，在不同泵浦功率水平下均能维持高质量的涡旋光斑分布。当吸收泵浦功率为850 mW时，激光输出性能达到最优：最短脉冲宽度为39 ns，最高重复频率为9.1 MHz，最大单脉冲能量可达4.42 nJ。

本文基于薄膜铌酸锂(thin-film lithium niobate, TFLN)质子交换波导平台，以少层2H-MoTe₂作为光吸收层与载流子输运沟道，通过功函数差异化的金(Au)与机械剥离少层石墨(Gr)电极构建非对称肖特基结，采用干法转移工艺实现范德华异质集成，设计并制备了一种自驱动光电探测器。该器件在零偏压下可依靠内建电场驱动光生载流子分离与输运，在1310 nm的光照下可获得2.22 mA/W的响应度。此外，在1310 nm的光照下，探测器自驱动开关比达2.1 × 10⁶，该结果在已报道的波导集成光电探测器中处于较高水平，表明其在片上集成光子系统中具有良好的应用潜力。这种非对称肖特基结的设计为TFLN波导平台上低功耗、高兼容性的自驱动光电探测提供了一种切实可行的技术路径。