本文利用李群分析方法研究了时间分数阶Boussinesq方程，得到了该方程的李点对称，并把该方程约化为Erdelyi-Kobe分数阶常微分方程. 本文的行文过程也说明了李群分析方法对于约化分数阶非线性发展方程是有效的.
本文利用李群分析方法研究了时间分数阶Boussinesq方程，得到了该方程的李点对称，并把该方程约化为Erdelyi-Kobe分数阶常微分方程. 本文的行文过程也说明了李群分析方法对于约化分数阶非线性发展方程是有效的.
本文研究了一类非线性浅水波系统，首先构造了相应的泛函. 其次选取Lagrange乘子，再用改进的广义变分迭代方法，得到了相应模型的行波近似解析解.
本文研究了一类非线性浅水波系统，首先构造了相应的泛函. 其次选取Lagrange乘子，再用改进的广义变分迭代方法，得到了相应模型的行波近似解析解.
本文研究了一种复标量场模型中的双层Q球解，在解析形式下计算了Q球荷和能量. 同时，分析了其能量稳定性质，通过Klein-Gordon 方程获得了Q球能量的扰动表达式. 另外，还讨论了Q球暗物质产生的物理效应.
本文研究了一种复标量场模型中的双层Q球解，在解析形式下计算了Q球荷和能量. 同时，分析了其能量稳定性质，通过Klein-Gordon 方程获得了Q球能量的扰动表达式. 另外，还讨论了Q球暗物质产生的物理效应.
本文提出了一个新的未知量子态共享方案，使用一个非最大纠缠的五粒子Cluster态作为量子通道来实现任意两粒子未知量子态的共享. 即就是发送方（Alice），接收方（Bob）和控制方（Charlie）共享一个非最大纠缠的五粒子Cluster态. 与以前传统方案不同，在本方案中发送方引入一个辅助粒子，并对其手中的粒子进行正交完备基测量，而接收方不需要引入辅助粒子，只需要执行适当的幺正操作，即可以方便的完成信息的顺利接收. 控制方通过对自己手中的粒子做单粒子投影测量来控制和协助通信双方，使得任意两粒子的未知量子态共享方案得以成功实现.
本文提出了一个新的未知量子态共享方案，使用一个非最大纠缠的五粒子Cluster态作为量子通道来实现任意两粒子未知量子态的共享. 即就是发送方（Alice），接收方（Bob）和控制方（Charlie）共享一个非最大纠缠的五粒子Cluster态. 与以前传统方案不同，在本方案中发送方引入一个辅助粒子，并对其手中的粒子进行正交完备基测量，而接收方不需要引入辅助粒子，只需要执行适当的幺正操作，即可以方便的完成信息的顺利接收. 控制方通过对自己手中的粒子做单粒子投影测量来控制和协助通信双方，使得任意两粒子的未知量子态共享方案得以成功实现.
量子信令态在传输过程中，由于环境影响产生退相干，造成信令损伤，从而会对构建高生存性的量子纠缠信令网产生影响. 为分析所造成的影响，建立了自然灾害下的量子信令网Poisson损伤模型. 首先，根据信令保真度定义了灾害级数；其次，提出信令态平均损伤量子比特数，并给出信令网生存函数；最后，研究了信令损伤的修复策略并进行仿真. 仿真结果表明，灾害级数的增加会大大降低信令网生存性，而增加信令转接点数和控制信令损伤上限可改善生存性，且该修复策略循环次数少，并可将信令态的保真度由0.6快速提高到0.9，信令网的生存函数由0.4提高到0.9.
量子信令态在传输过程中，由于环境影响产生退相干，造成信令损伤，从而会对构建高生存性的量子纠缠信令网产生影响. 为分析所造成的影响，建立了自然灾害下的量子信令网Poisson损伤模型. 首先，根据信令保真度定义了灾害级数；其次，提出信令态平均损伤量子比特数，并给出信令网生存函数；最后，研究了信令损伤的修复策略并进行仿真. 仿真结果表明，灾害级数的增加会大大降低信令网生存性，而增加信令转接点数和控制信令损伤上限可改善生存性，且该修复策略循环次数少，并可将信令态的保真度由0.6快速提高到0.9，信令网的生存函数由0.4提高到0.9.
本文主要研究非保守的后牛顿哈密顿自旋致密双星偏心轨道的引力辐射，数值比较保守的和非保守的自旋致密双星系统轨道参量偏心率大小与 引力波形的关系及引力辐射耗散效应项对轨道动力特性的影响. 数值研究表明：由于系统能量积分被保持，保守的双星轨道偏心率值改变对时域引力波形变化影响不是很明显，但辐射的引力波频率分布范围随着偏心率的增大而扩大. 而当运动方程中包含2.5PN引力耗散效应项时，由于引力辐射时伴随着能量和角动量损失，导致双星两体之间的距离和轨道偏心率逐渐衰减，轨道动力特性变得更加复杂. 双星旋进合并过程中辐射的引力波受到轨道偏心率的调制，引力辐射的强度随着偏心率的增大而增强，而引力辐射持续的时间缩短，且自旋与自旋耦合效应项对引力的贡献增大了.
本文主要研究非保守的后牛顿哈密顿自旋致密双星偏心轨道的引力辐射，数值比较保守的和非保守的自旋致密双星系统轨道参量偏心率大小与 引力波形的关系及引力辐射耗散效应项对轨道动力特性的影响. 数值研究表明：由于系统能量积分被保持，保守的双星轨道偏心率值改变对时域引力波形变化影响不是很明显，但辐射的引力波频率分布范围随着偏心率的增大而扩大. 而当运动方程中包含2.5PN引力耗散效应项时，由于引力辐射时伴随着能量和角动量损失，导致双星两体之间的距离和轨道偏心率逐渐衰减，轨道动力特性变得更加复杂. 双星旋进合并过程中辐射的引力波受到轨道偏心率的调制，引力辐射的强度随着偏心率的增大而增强，而引力辐射持续的时间缩短，且自旋与自旋耦合效应项对引力的贡献增大了.
肌球蛋白Ⅵ分子马达因其特殊的结构及胞内功能，其动力学原理成为研究的热点. 从肌球蛋白Ⅵ自身结构和实验现象出发，建立其弹性扩散模型，并通过Monte Carlo方法分析了肌球蛋白Ⅵ满足朗之万方程的随机动力学行为. 结果表明，在环境噪声作用下，具有弹性势能和轨道周期势能的肌球蛋白Ⅵ可以进行梯跳运动和有效的输运，但负载力会减弱分子马达系统的输运能力；当弹性系数一定时，弹性链越长平均速度越小，当弹性链长度一定时，合理选择弹性系数平均速度可达到最大值；另外，负载力的存在使肌球蛋白Ⅵ在接触位点的平均驻留时间呈指数增加.
肌球蛋白Ⅵ分子马达因其特殊的结构及胞内功能，其动力学原理成为研究的热点. 从肌球蛋白Ⅵ自身结构和实验现象出发，建立其弹性扩散模型，并通过Monte Carlo方法分析了肌球蛋白Ⅵ满足朗之万方程的随机动力学行为. 结果表明，在环境噪声作用下，具有弹性势能和轨道周期势能的肌球蛋白Ⅵ可以进行梯跳运动和有效的输运，但负载力会减弱分子马达系统的输运能力；当弹性系数一定时，弹性链越长平均速度越小，当弹性链长度一定时，合理选择弹性系数平均速度可达到最大值；另外，负载力的存在使肌球蛋白Ⅵ在接触位点的平均驻留时间呈指数增加.
利用惠普实验室荷控和磁控两种忆阻器模型设计了一个五阶混沌电路. 数值仿真结果表明该电路在参数变化情况下能产生Hopf分岔和反倍周期分岔两种分岔行为，并能产生双涡卷、单涡卷、周期态等不同相轨道. 为了验证电路的混沌行为，利用基本元器件设计了惠普实验室荷控和磁控忆阻器模拟器，并将其应用到对所设计电路中进行Pspice仿真，电路仿真结果验证了理论分析的正确性.
利用惠普实验室荷控和磁控两种忆阻器模型设计了一个五阶混沌电路. 数值仿真结果表明该电路在参数变化情况下能产生Hopf分岔和反倍周期分岔两种分岔行为，并能产生双涡卷、单涡卷、周期态等不同相轨道. 为了验证电路的混沌行为，利用基本元器件设计了惠普实验室荷控和磁控忆阻器模拟器，并将其应用到对所设计电路中进行Pspice仿真，电路仿真结果验证了理论分析的正确性.
对于混沌映射来说，它们的频谱比混沌流的频谱更广阔，与噪声频谱的重叠率更高，所以混沌流的去噪方法对它们并不适用. 在半盲分析法的框架下，混沌系统的参数估计问题终将归结为最小二乘估计问题. 本文从最小二乘拟合的角度出发估计混沌映射的演化参数，进而通过相空间重构以及投影操作，实现对观测信号的噪声抑制. 实验结果表明，该算法的去噪效果优于扩展卡尔曼滤波器（extended Kalman filter，EKF）和无先导卡尔曼滤波器（unscneted Kalman filter，UKF），并且能够较大程度地将信号源的混沌特征量还原.
对于混沌映射来说，它们的频谱比混沌流的频谱更广阔，与噪声频谱的重叠率更高，所以混沌流的去噪方法对它们并不适用. 在半盲分析法的框架下，混沌系统的参数估计问题终将归结为最小二乘估计问题. 本文从最小二乘拟合的角度出发估计混沌映射的演化参数，进而通过相空间重构以及投影操作，实现对观测信号的噪声抑制. 实验结果表明，该算法的去噪效果优于扩展卡尔曼滤波器（extended Kalman filter，EKF）和无先导卡尔曼滤波器（unscneted Kalman filter，UKF），并且能够较大程度地将信号源的混沌特征量还原.
提出多量子阱激光器混沌“主-从-响应”式结构同步系统，研究其并联同步在光学逻辑门中的应用. 利用一个注入多量子阱激光器混沌系统注入驱动实现了两个响应多量子阱激光系统的混沌并联同步，同时还获得了“主-从”式结构的混沌同步. 基于响应子系统的混沌并联同步思想，提出了全光逻辑门的基本理论模型并定义了计算原则与方法. 利用光的外部调制方法对两个驱动光进行调制与控制，让两个响应子系统实现同步与非同步，使系统获得了并具有全光逻辑门函数功能与特点，并成功地进行了数字逻辑计算. 具体提出了全光XNOR、NOR、NOT等逻辑门及逻辑计算方法，数值模拟结果证明了系统方案的可行性.
提出多量子阱激光器混沌“主-从-响应”式结构同步系统，研究其并联同步在光学逻辑门中的应用. 利用一个注入多量子阱激光器混沌系统注入驱动实现了两个响应多量子阱激光系统的混沌并联同步，同时还获得了“主-从”式结构的混沌同步. 基于响应子系统的混沌并联同步思想，提出了全光逻辑门的基本理论模型并定义了计算原则与方法. 利用光的外部调制方法对两个驱动光进行调制与控制，让两个响应子系统实现同步与非同步，使系统获得了并具有全光逻辑门函数功能与特点，并成功地进行了数字逻辑计算. 具体提出了全光XNOR、NOR、NOT等逻辑门及逻辑计算方法，数值模拟结果证明了系统方案的可行性.
针对混沌系统最优控制问题，提出一种基于高斯伪谱方法的数值求解新算法. 首先在勒让德-高斯点上构造Lagrange插值多项式并近似表示混沌系统最优控制中的状态变量和控制变量；接着将连续空间的最优控制问题转化为非线性规划问题；然后通过序列二次规划（SQP）算法获得最优解；最后对三个典型混沌系统的仿真实验结果表明，新方法能有效和快速地实现混沌系统的最优控制.
针对混沌系统最优控制问题，提出一种基于高斯伪谱方法的数值求解新算法. 首先在勒让德-高斯点上构造Lagrange插值多项式并近似表示混沌系统最优控制中的状态变量和控制变量；接着将连续空间的最优控制问题转化为非线性规划问题；然后通过序列二次规划（SQP）算法获得最优解；最后对三个典型混沌系统的仿真实验结果表明，新方法能有效和快速地实现混沌系统的最优控制.
首先，提出了一个新的分数阶混沌系统，通过对系统第二个等式的线性项x作绝对值运算，并分析了其唯一的参数k，该参数在一定区间内取值时可将混沌吸引子由两个翼的结构变换为四翼的拓扑结构，从而实现翼倍增. 其次，分别采用Matlab和Multisim对新的分数阶系统及其翼倍增系统进行了数值模拟和电路仿真，电路仿真结果和数值模拟结果相一致. 最后，基于滑模变结构控制理论和分数阶稳定性定理，为新的分数阶系统及其翼倍增系统设计了新的分数阶积分滑模控制器实现系统的同步，仿真结果和理论分析相一致，证实了所设计滑模控制器的有效性.
首先，提出了一个新的分数阶混沌系统，通过对系统第二个等式的线性项x作绝对值运算，并分析了其唯一的参数k，该参数在一定区间内取值时可将混沌吸引子由两个翼的结构变换为四翼的拓扑结构，从而实现翼倍增. 其次，分别采用Matlab和Multisim对新的分数阶系统及其翼倍增系统进行了数值模拟和电路仿真，电路仿真结果和数值模拟结果相一致. 最后，基于滑模变结构控制理论和分数阶稳定性定理，为新的分数阶系统及其翼倍增系统设计了新的分数阶积分滑模控制器实现系统的同步，仿真结果和理论分析相一致，证实了所设计滑模控制器的有效性.
本文采用状态反馈精确线性化方法，实现了参数失配系统的时空同步控制. 引入微分几何理论，首先采用李导数判定了参数失配系统的仿射模型是否满足状态精确线性化的充要条件，通过非线性坐标变换得到了其线性解耦系统，并结合线性最优控制理论确定了同步控制律，数值仿真证实了该控制方法的有效性，从非线性控制角度探索了混沌系统时空同步的新方法.
本文采用状态反馈精确线性化方法，实现了参数失配系统的时空同步控制. 引入微分几何理论，首先采用李导数判定了参数失配系统的仿射模型是否满足状态精确线性化的充要条件，通过非线性坐标变换得到了其线性解耦系统，并结合线性最优控制理论确定了同步控制律，数值仿真证实了该控制方法的有效性，从非线性控制角度探索了混沌系统时空同步的新方法.
本文发展了开放式自屏蔽全身成像高场超导磁共振成像（MRI）磁体的优化设计方法，使设计出来的磁体仅有4 对超导线圈. 这种开放结构的超导MRI磁体优化设计方法集成了线性规划算法和遗传算法. 通过迭代线性规划算法可以在考虑成像区域（DSV）磁感应强度约束、磁场不均匀度约束、5 Gs线范围约束、线圈区域最大磁场值约束和最大环向应力约束的条件下，获得用线量最少的线圈初始形状和位置，同时可以得到每个线圈的层数和每层匝数；通过遗传算法可以提高DSV区域的磁场不均匀度，以达到高质量成像的要求. 这种集成的优化设计方法既可以灵活有效的设计开放式MRI磁体，也可以设计传统的圆柱形MRI磁体，本文通过一个1.2 T的开放式MRI磁体的设计清楚的展示了这种优化方法.
本文发展了开放式自屏蔽全身成像高场超导磁共振成像（MRI）磁体的优化设计方法，使设计出来的磁体仅有4 对超导线圈. 这种开放结构的超导MRI磁体优化设计方法集成了线性规划算法和遗传算法. 通过迭代线性规划算法可以在考虑成像区域（DSV）磁感应强度约束、磁场不均匀度约束、5 Gs线范围约束、线圈区域最大磁场值约束和最大环向应力约束的条件下，获得用线量最少的线圈初始形状和位置，同时可以得到每个线圈的层数和每层匝数；通过遗传算法可以提高DSV区域的磁场不均匀度，以达到高质量成像的要求. 这种集成的优化设计方法既可以灵活有效的设计开放式MRI磁体，也可以设计传统的圆柱形MRI磁体，本文通过一个1.2 T的开放式MRI磁体的设计清楚的展示了这种优化方法.
本文基于高温红外窗口热辐射红外成像探测器干扰机理，开展高温红外窗口成像分析、仿真与实验验证研究工作. 根据流体仿真计算获得的高温窗口温度及实验测得的窗口发射率、吸收率等参数，开展窗口热辐射计算；建立了光学窗口介质内部辐射传输路径和强度计算模型，并给出了窗口辐射出射模型以及相应红外成像模型；基于光学追迹方法，把窗口热辐射成像的计算问题转换成了光学计算问题；设计了一种基于高温蓝宝石红外窗口的加热实验，对红外成像仿真结果进行了检验. 通过仿真结果与窗口加热实验结果对照，将基于模型分析获取图像与实验结果图像作差，得到的平均每个像素误差值为0.45；实验发现在窗口约773 K条件下，设计的中波红外成像系统的信噪比、对比度分别降低到原来三分之一左右，而整个红外成像系统NETD值由原来的约52 mK上升到了954 mK. 本文提出的窗口热辐射分析方法可以有效估计窗口热辐射对中波红外成像的影响，设计的实验对成像系统的指标验证有较好的用途，同时对红外成像系统波段细化优选和成像参数调整，降低图像退化程度，都有着重要的指导意义.
本文基于高温红外窗口热辐射红外成像探测器干扰机理，开展高温红外窗口成像分析、仿真与实验验证研究工作. 根据流体仿真计算获得的高温窗口温度及实验测得的窗口发射率、吸收率等参数，开展窗口热辐射计算；建立了光学窗口介质内部辐射传输路径和强度计算模型，并给出了窗口辐射出射模型以及相应红外成像模型；基于光学追迹方法，把窗口热辐射成像的计算问题转换成了光学计算问题；设计了一种基于高温蓝宝石红外窗口的加热实验，对红外成像仿真结果进行了检验. 通过仿真结果与窗口加热实验结果对照，将基于模型分析获取图像与实验结果图像作差，得到的平均每个像素误差值为0.45；实验发现在窗口约773 K条件下，设计的中波红外成像系统的信噪比、对比度分别降低到原来三分之一左右，而整个红外成像系统NETD值由原来的约52 mK上升到了954 mK. 本文提出的窗口热辐射分析方法可以有效估计窗口热辐射对中波红外成像的影响，设计的实验对成像系统的指标验证有较好的用途，同时对红外成像系统波段细化优选和成像参数调整，降低图像退化程度，都有着重要的指导意义.
研究了相对运动变质量完整系统的共形不变性与守恒量，提出了该系统共形不变性的概念，推导出了相对运动变质量完整系统的运动微分方程具有共形不变性并且是 Lie 对称性的充要条件，借助规范函数满足的结构方程导出系统相应的守恒量，并给出应用算例.
研究了相对运动变质量完整系统的共形不变性与守恒量，提出了该系统共形不变性的概念，推导出了相对运动变质量完整系统的运动微分方程具有共形不变性并且是 Lie 对称性的充要条件，借助规范函数满足的结构方程导出系统相应的守恒量，并给出应用算例.
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法，计算了未掺杂，B，Al单掺杂和B-Al共掺杂的3C-SiC的晶格参数、能带结构、态密度、有效质量、载流子浓度和电阻率. 计算结果表明：掺杂后导带和价带都向高能端移动，价带移动速度更快一些，使得禁带宽度都有一定程度的减小，其中B-Al共掺杂的禁带宽度最窄，纯净3C-SiC的禁带宽度最宽；B掺杂会减小价带顶空穴的有效质量，Al掺杂则反之，B-Al共掺杂补偿了二者的差异，和未掺杂的3C-SiC价带顶空穴的有效质量很接近. B和Al作为受主杂质，会极大地提高价带顶空穴载流子的浓度，而且B-Al共掺杂的3C-SiC的价带空穴浓度是B，Al单掺杂时的3倍. 4种体系中，B-Al共掺杂得到的电阻率是最低的，同单掺杂相比具有明显的性能优势.
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法，计算了未掺杂，B，Al单掺杂和B-Al共掺杂的3C-SiC的晶格参数、能带结构、态密度、有效质量、载流子浓度和电阻率. 计算结果表明：掺杂后导带和价带都向高能端移动，价带移动速度更快一些，使得禁带宽度都有一定程度的减小，其中B-Al共掺杂的禁带宽度最窄，纯净3C-SiC的禁带宽度最宽；B掺杂会减小价带顶空穴的有效质量，Al掺杂则反之，B-Al共掺杂补偿了二者的差异，和未掺杂的3C-SiC价带顶空穴的有效质量很接近. B和Al作为受主杂质，会极大地提高价带顶空穴载流子的浓度，而且B-Al共掺杂的3C-SiC的价带空穴浓度是B，Al单掺杂时的3倍. 4种体系中，B-Al共掺杂得到的电阻率是最低的，同单掺杂相比具有明显的性能优势.
本文运用将含时密度泛函理论和分子动力学非绝热耦合的方法，研究了CO分子在不同强度、不同极化方向的激光场中的电离和动力学行为. 研究发现，激光强度越强，CO分子吸收的能量越多，电离越早且电离越强，CO分子键长变长且伸缩振动越剧烈. 此外，CO分子偶极矩的变化及峰值也随着激光强度的增强而增大. 对激光极化方向的研究发现，激光极化方向沿着CO分子轴向时，分子的电离最强且伸缩振动最剧烈. 当激光极化角增大时，CO分子的电离逐渐被抑制且电子的偶极振动对激光极化方向表现出较强的依赖性. 此外研究还表明，CO分子碳原子和氧原子周围电子的弥散方式不同且与激光极化方向有关.
本文运用将含时密度泛函理论和分子动力学非绝热耦合的方法，研究了CO分子在不同强度、不同极化方向的激光场中的电离和动力学行为. 研究发现，激光强度越强，CO分子吸收的能量越多，电离越早且电离越强，CO分子键长变长且伸缩振动越剧烈. 此外，CO分子偶极矩的变化及峰值也随着激光强度的增强而增大. 对激光极化方向的研究发现，激光极化方向沿着CO分子轴向时，分子的电离最强且伸缩振动最剧烈. 当激光极化角增大时，CO分子的电离逐渐被抑制且电子的偶极振动对激光极化方向表现出较强的依赖性. 此外研究还表明，CO分子碳原子和氧原子周围电子的弥散方式不同且与激光极化方向有关.
本文借助孙卫国课题组建立的能精确计算双原子分子R线系发射谱线的物理公式，利用实验上获得的低振动态跃迁谱线数据研究了电极材料VN分子电子态f1Φ–a1Δ以及电子态d1∑+–X3Δ1等跃迁体系的（0，0）跃迁带的R线系发射谱线. 从理论上预言了实验上难以获得的该跃迁带R线系高振转激发态的跃迁结构，为急需VN分子内部结构的其他研究领域提供了重要的结构信息. 从这些公式出发，我们定义了表征实验测定谱线对新谱线的贡献度C（contribution）参数，进一步分析了高激发振转跃迁谱线的相互依赖关系，结果表明该物理公式不仅很好地复现了已知的实验数据，正确地预言了实验未能测定的高激发振转跃迁谱线，而且还能了解不同实验谱线对新谱线的贡献程度，基于这些贡献度，实验学家可以将有限的资源更好地进行分配，重点研究那些贡献度大的振转跃迁谱线.
本文借助孙卫国课题组建立的能精确计算双原子分子R线系发射谱线的物理公式，利用实验上获得的低振动态跃迁谱线数据研究了电极材料VN分子电子态f1Φ–a1Δ以及电子态d1∑+–X3Δ1等跃迁体系的（0，0）跃迁带的R线系发射谱线. 从理论上预言了实验上难以获得的该跃迁带R线系高振转激发态的跃迁结构，为急需VN分子内部结构的其他研究领域提供了重要的结构信息. 从这些公式出发，我们定义了表征实验测定谱线对新谱线的贡献度C（contribution）参数，进一步分析了高激发振转跃迁谱线的相互依赖关系，结果表明该物理公式不仅很好地复现了已知的实验数据，正确地预言了实验未能测定的高激发振转跃迁谱线，而且还能了解不同实验谱线对新谱线的贡献程度，基于这些贡献度，实验学家可以将有限的资源更好地进行分配，重点研究那些贡献度大的振转跃迁谱线.
利用量子化学从头计算方法MRCI+Q在AVQZ级别上对BS+离子进行了研究. 通过计算得到了与BS+离解极限B+（1Sg）+S（3Pg）和B+（1Sg）+S（1D）对应的5个-S态，确认了BS+离子的基态为X3电子态，而第一激发态1+的激发能Te仅仅为564.53 cm-1. 首次纳入的旋轨耦合效应（SOC）使得BS+的5个-S态分裂成为9个态，原有的两个离解极限分裂为B+（1S0）+S（3P2），B+（1S0）+S（3P1），B+（1S0）+（3P1）以及B+（1S0）+S（1D2）. 在考虑自旋轨道耦合效应之后，态的基态为X2态. 通过势能曲线（PECs）可以发现所得到的-S态和态均为束缚态，利用LEVEL8.0程序拟合得到了对应电子态的光谱常数，这些结果可以为实验和理论方面进一步研究BS+的光谱性质提供准确的电子结构信息.
利用量子化学从头计算方法MRCI+Q在AVQZ级别上对BS+离子进行了研究. 通过计算得到了与BS+离解极限B+（1Sg）+S（3Pg）和B+（1Sg）+S（1D）对应的5个-S态，确认了BS+离子的基态为X3电子态，而第一激发态1+的激发能Te仅仅为564.53 cm-1. 首次纳入的旋轨耦合效应（SOC）使得BS+的5个-S态分裂成为9个态，原有的两个离解极限分裂为B+（1S0）+S（3P2），B+（1S0）+S（3P1），B+（1S0）+（3P1）以及B+（1S0）+S（1D2）. 在考虑自旋轨道耦合效应之后，态的基态为X2态. 通过势能曲线（PECs）可以发现所得到的-S态和态均为束缚态，利用LEVEL8.0程序拟合得到了对应电子态的光谱常数，这些结果可以为实验和理论方面进一步研究BS+的光谱性质提供准确的电子结构信息.
基于多组态Dirac-Fock 方法和密度矩阵理论，本文详细计算了高电荷态类锂离子（26 Z 92）KLL 双电子复合过程中，自由电子被共振俘获到中间双激发态1s2s22p3/2J = 1 的磁子能级截面以及该双激发态的取向参数，进而得到了此激发态向基态电偶极辐射跃迁1s2s22p3/2J = 11s22s2J = 0 所发出光子的角分布和极化度,重点讨论了Breit 相互作用对相关物理量的影响. 研究表明，Breit 相互作用极大地改变了中间双激发态1s2s22p3/2J = 1 不同磁子能级的截面，从而导致了随后退激发放出光子的角分布和极化特性的显著变化.
基于多组态Dirac-Fock 方法和密度矩阵理论，本文详细计算了高电荷态类锂离子（26 Z 92）KLL 双电子复合过程中，自由电子被共振俘获到中间双激发态1s2s22p3/2J = 1 的磁子能级截面以及该双激发态的取向参数，进而得到了此激发态向基态电偶极辐射跃迁1s2s22p3/2J = 11s22s2J = 0 所发出光子的角分布和极化度,重点讨论了Breit 相互作用对相关物理量的影响. 研究表明，Breit 相互作用极大地改变了中间双激发态1s2s22p3/2J = 1 不同磁子能级的截面，从而导致了随后退激发放出光子的角分布和极化特性的显著变化.
本文通过外加电场改变氧化石墨烯团簇分子的共振能量，利用激光激发氧化石墨烯产生的共振荧光特性测量氧化石墨烯在电场作用下的极化动力学特性. 发现存在外加电场使得荧光共振峰的半高全宽趋于饱和的时间特性，而不同的氧化石墨烯团簇分子的荧光共振峰的暂态特性同时反映了电场对氧化石墨烯产生定向极化和变形极化的动力学特性.
本文通过外加电场改变氧化石墨烯团簇分子的共振能量，利用激光激发氧化石墨烯产生的共振荧光特性测量氧化石墨烯在电场作用下的极化动力学特性. 发现存在外加电场使得荧光共振峰的半高全宽趋于饱和的时间特性，而不同的氧化石墨烯团簇分子的荧光共振峰的暂态特性同时反映了电场对氧化石墨烯产生定向极化和变形极化的动力学特性.
提出了一种构建可囚禁与操控二种冷原子或冷分子样品的光学双阱的新方案，该方案采用常用的液晶空间光调制器作为分光器件，分光调制函数类似二元相位光栅；对提出的方案进行了模拟实验研究，并研究了从光学双阱到单阱的双向演化过程，该光学双阱的模拟实验结果表明与理论方案相符，双阱的操控性好，有利于二种不同的冷原子或冷分子样品的装载与操控等相关实验研究.
提出了一种构建可囚禁与操控二种冷原子或冷分子样品的光学双阱的新方案，该方案采用常用的液晶空间光调制器作为分光器件，分光调制函数类似二元相位光栅；对提出的方案进行了模拟实验研究，并研究了从光学双阱到单阱的双向演化过程，该光学双阱的模拟实验结果表明与理论方案相符，双阱的操控性好，有利于二种不同的冷原子或冷分子样品的装载与操控等相关实验研究.
在瞬变电磁法的实际应用中，由于发射回线和发射波形的不规则性而导致其发射源成为时空展源. 展源效应的忽略会造成正反演和数据解释的差错，因此开展展源效应的研究对于瞬变电磁法的实际应用具有重要的意义. 对于空间展源，本文以磁偶极子的响应为基响应，应用有源空间的互易定理和第二类曲线积分，提出了一种可基于发射回线数值坐标求取任意形状发射回线响应的计算方法. 同时对于时间展源，以阶跃波形的响应为基响应，对阶跃响应的特性进行了分析，提出了一种对发射信号进行非均匀采样的高效时间域计算方法，解决了对数采样的基响应与高密度采样的发射波形之间进行常规卷积时所面临的时间与精度之间的矛盾. 通过对层状大地上展源响应的模拟仿真和对比验证显示了本文所提出方法的正确性. 最后本文考察了几种常见时空展源在常规近似前后响应的差别，并给出了相关结论.
在瞬变电磁法的实际应用中，由于发射回线和发射波形的不规则性而导致其发射源成为时空展源. 展源效应的忽略会造成正反演和数据解释的差错，因此开展展源效应的研究对于瞬变电磁法的实际应用具有重要的意义. 对于空间展源，本文以磁偶极子的响应为基响应，应用有源空间的互易定理和第二类曲线积分，提出了一种可基于发射回线数值坐标求取任意形状发射回线响应的计算方法. 同时对于时间展源，以阶跃波形的响应为基响应，对阶跃响应的特性进行了分析，提出了一种对发射信号进行非均匀采样的高效时间域计算方法，解决了对数采样的基响应与高密度采样的发射波形之间进行常规卷积时所面临的时间与精度之间的矛盾. 通过对层状大地上展源响应的模拟仿真和对比验证显示了本文所提出方法的正确性. 最后本文考察了几种常见时空展源在常规近似前后响应的差别，并给出了相关结论.
多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件. 为了满足国内强激光系统的迫切需求，首先利用考夫曼型离子束刻蚀机开展了HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀实验研究. 采用纯Ar及Ar和CHF3混合气体作为工作气体进行离子束刻蚀实验，获得了优化的离子源工作参数. 结果表明，与纯Ar离子束刻蚀相比，Ar和CHF3混合气体离子束刻蚀时的HfO2/光刻胶的选择比大. HfO2的离子束刻蚀过程中再沉积效应明显，导致刻蚀光栅占宽比变大. 根据刻蚀速率分布制作的掩模遮挡板可以提高刻蚀速率均匀性，及时清洗离子源和更换灯丝，可保证刻蚀工艺的重复性. 利用上述技术已成功研制出多块最大尺寸为80 mm×150 mm、线密度1480线/mm、平均衍射效率大于95%的HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅. 实验结果与理论设计一致，为大口径多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀提供了有益参考.
多层介质膜光栅是高功率激光系统的关键光学元件. 为了满足国内强激光系统的迫切需求，首先利用考夫曼型离子束刻蚀机开展了HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀实验研究. 采用纯Ar及Ar和CHF3混合气体作为工作气体进行离子束刻蚀实验，获得了优化的离子源工作参数. 结果表明，与纯Ar离子束刻蚀相比，Ar和CHF3混合气体离子束刻蚀时的HfO2/光刻胶的选择比大. HfO2的离子束刻蚀过程中再沉积效应明显，导致刻蚀光栅占宽比变大. 根据刻蚀速率分布制作的掩模遮挡板可以提高刻蚀速率均匀性，及时清洗离子源和更换灯丝，可保证刻蚀工艺的重复性. 利用上述技术已成功研制出多块最大尺寸为80 mm×150 mm、线密度1480线/mm、平均衍射效率大于95%的HfO2顶层多层介质膜脉宽压缩光栅. 实验结果与理论设计一致，为大口径多层介质膜脉宽压缩光栅的离子束刻蚀提供了有益参考.
通过改变裂纹的倾角、宽度和深度参数，模拟了赫兹型裂纹在不同参数下对光场调制能力的不同. 模拟发现，倾斜角度为20.9°到45°之间的裂纹危害最大，倾角大于45°小于48.2°的裂纹危害也十分大，而倾斜角度为45°时的裂纹危害最小. 对于30°倾角的赫兹型裂纹，一定范围内，赫兹型裂纹深度的增加会导致其光场调制增强能力呈二次方关系增加，但宽度的增加不会使其光场调制增强作用增加. 裂纹深度和宽度的增加可以用来近似裂纹的演化过程，所以裂纹的扩展导致了其光场调制能力的增加，进而导致损伤增长速率的加快，这和e指数损伤增长规律相符.
通过改变裂纹的倾角、宽度和深度参数，模拟了赫兹型裂纹在不同参数下对光场调制能力的不同. 模拟发现，倾斜角度为20.9°到45°之间的裂纹危害最大，倾角大于45°小于48.2°的裂纹危害也十分大，而倾斜角度为45°时的裂纹危害最小. 对于30°倾角的赫兹型裂纹，一定范围内，赫兹型裂纹深度的增加会导致其光场调制增强能力呈二次方关系增加，但宽度的增加不会使其光场调制增强作用增加. 裂纹深度和宽度的增加可以用来近似裂纹的演化过程，所以裂纹的扩展导致了其光场调制能力的增加，进而导致损伤增长速率的加快，这和e指数损伤增长规律相符.
可调谐二极管激光吸收光谱技术测量气体浓度时，由于测量氛围温度变化的影响引起解调的二次谐波信号发生变化，最终导致浓度测量的较大误差. 为了修正温度变化对浓度反演结果的影响，适应工业测量、燃烧诊断的需要，采用通过实验所得温度关系的数值拟合修正方法即经验公式修正和根据HITRAN数据库参数的理论关系即理论公式修正两种方法进行分析与讨论. 实验中采用在50 cm长的高温管式炉中通入高温安全的21%浓度的 氧气为目标测定气体，选定760.77 nm的中心吸收波长，测量了温度变化范围为300–900 K，间隔50 K的情况下所得到的谐波信号，并利用一次谐波比值消元法消除光强波动影响后的结果，得出了不同温度下未修正的原始浓度值和通过修正方法后的修正值. 实验结果表明所述的经验公式和理论公式两种修正方法对温度影响都有一定的抑制作用，可以应用到温度变化引起的气体浓度误差修正监测中，为下一步开展燃烧诊断实时在线监测提供了依据.
可调谐二极管激光吸收光谱技术测量气体浓度时，由于测量氛围温度变化的影响引起解调的二次谐波信号发生变化，最终导致浓度测量的较大误差. 为了修正温度变化对浓度反演结果的影响，适应工业测量、燃烧诊断的需要，采用通过实验所得温度关系的数值拟合修正方法即经验公式修正和根据HITRAN数据库参数的理论关系即理论公式修正两种方法进行分析与讨论. 实验中采用在50 cm长的高温管式炉中通入高温安全的21%浓度的 氧气为目标测定气体，选定760.77 nm的中心吸收波长，测量了温度变化范围为300–900 K，间隔50 K的情况下所得到的谐波信号，并利用一次谐波比值消元法消除光强波动影响后的结果，得出了不同温度下未修正的原始浓度值和通过修正方法后的修正值. 实验结果表明所述的经验公式和理论公式两种修正方法对温度影响都有一定的抑制作用，可以应用到温度变化引起的气体浓度误差修正监测中，为下一步开展燃烧诊断实时在线监测提供了依据.
报道了中心对称光折变晶体与线性电介质界面表面波的形成及能量变化. 通过调节传播常数和波导参数的方法，可以得到非局域、振荡、局域三种类型的表面波. 波导参数和传播常数之差大于阈值时，线性电介质和中心对称光折变晶体界面可以形成局域表面波. 波导参数为正值时，局域表面波主要聚集在中心对称光折变晶体内，随着传播常数的增大，波能量随之单调递增，表面波可以稳定传播. 在给定的条件下，调节决定非线性作用强度的可变参量可以控制局域表面波模的阶数和传播波形.
报道了中心对称光折变晶体与线性电介质界面表面波的形成及能量变化. 通过调节传播常数和波导参数的方法，可以得到非局域、振荡、局域三种类型的表面波. 波导参数和传播常数之差大于阈值时，线性电介质和中心对称光折变晶体界面可以形成局域表面波. 波导参数为正值时，局域表面波主要聚集在中心对称光折变晶体内，随着传播常数的增大，波能量随之单调递增，表面波可以稳定传播. 在给定的条件下，调节决定非线性作用强度的可变参量可以控制局域表面波模的阶数和传播波形.
本文利用向列相液晶层作为激光偏振调控单元，涂覆于垂直腔面发射激光器（VCSEL）表面，测量并分析了不同温度下VCSEL正交线偏振光的阈值电流、峰值光功率和I-P特性. 实验结果表明：温度为293 K时，涂覆液晶后激光偏振第一跳变点和第二跳变点之间的电流值ΔI增大了2.2 mA，比无液晶时增大1倍. 温度为313 K、注入电流为3 mA时，两种正交线偏振光的光功率差ΔP由133.6 μW增大到248.8 μW，进一步增加了线偏振光的各向异性. 表面液晶层的引入有效地扩大了VCSEL的正交线偏振态稳定范围和光功率差，为实现液晶VCSEL高温单偏振稳定的设计和器件制备提供了理论和实验基础.
本文利用向列相液晶层作为激光偏振调控单元，涂覆于垂直腔面发射激光器（VCSEL）表面，测量并分析了不同温度下VCSEL正交线偏振光的阈值电流、峰值光功率和I-P特性. 实验结果表明：温度为293 K时，涂覆液晶后激光偏振第一跳变点和第二跳变点之间的电流值ΔI增大了2.2 mA，比无液晶时增大1倍. 温度为313 K、注入电流为3 mA时，两种正交线偏振光的光功率差ΔP由133.6 μW增大到248.8 μW，进一步增加了线偏振光的各向异性. 表面液晶层的引入有效地扩大了VCSEL的正交线偏振态稳定范围和光功率差，为实现液晶VCSEL高温单偏振稳定的设计和器件制备提供了理论和实验基础.
为了提高数字全息图的重建速度和精度，本文提出了一种基于同态信号处理的数字全息广义线性重建算法. 首先利用预放大数字全息显微系统并结合同态信号处理原理进行了理论分析，得到了广义线性重建算法的实现条件及重建步骤，并对该算法的优点进行了分析；然后利用计算机模拟和实验相结合的方法对理论分析进行了验证. 结果表明：数字全息广义线性重建算法不仅可以有效的消除全息图频谱中零级项的干扰，实现高精度再现，而且由于采用一个完整象限的固定区域滤波，避免了常规线性算法的手动滤波操作，极大地提高了重建速度，同时最大限度地保留了原始像中的高频成分，实现全息图的高分辨重建.
为了提高数字全息图的重建速度和精度，本文提出了一种基于同态信号处理的数字全息广义线性重建算法. 首先利用预放大数字全息显微系统并结合同态信号处理原理进行了理论分析，得到了广义线性重建算法的实现条件及重建步骤，并对该算法的优点进行了分析；然后利用计算机模拟和实验相结合的方法对理论分析进行了验证. 结果表明：数字全息广义线性重建算法不仅可以有效的消除全息图频谱中零级项的干扰，实现高精度再现，而且由于采用一个完整象限的固定区域滤波，避免了常规线性算法的手动滤波操作，极大地提高了重建速度，同时最大限度地保留了原始像中的高频成分，实现全息图的高分辨重建.
单载波时域均衡在长时延扩展水声信道中计算量大，并对接收机参数的选择较为敏感，可靠性低，而正交频分复用信号峰均功率比高、对频率偏移敏感. 针对这些问题，提出基于扩频码的单载波块传输高速率水声通信方法和基于T/4分数间隔迭代频域均衡的接收机算法. 该接收机利用已知扩频码进行信道估计以及对由多普勒偏移引起的旋转相位进行估计，并通过一种低复杂度迭代频域均衡算法改善系统性能. 开展了湖上实验研究，结果表明在浅水1.8 km距离且复杂多径干扰条件下，利用BPSK/QPSK调制可实现10-2–10-4的误码率并达到1500–3000 bit/s的有效数据率.
单载波时域均衡在长时延扩展水声信道中计算量大，并对接收机参数的选择较为敏感，可靠性低，而正交频分复用信号峰均功率比高、对频率偏移敏感. 针对这些问题，提出基于扩频码的单载波块传输高速率水声通信方法和基于T/4分数间隔迭代频域均衡的接收机算法. 该接收机利用已知扩频码进行信道估计以及对由多普勒偏移引起的旋转相位进行估计，并通过一种低复杂度迭代频域均衡算法改善系统性能. 开展了湖上实验研究，结果表明在浅水1.8 km距离且复杂多径干扰条件下，利用BPSK/QPSK调制可实现10-2–10-4的误码率并达到1500–3000 bit/s的有效数据率.
提高传热过程的性能是解决能源问题的重要途径之一. 本文通过与力学中相关概念进行对比，分析了传热过程性能优化的新物理量——(火积)的宏观物理意义. 通过(火积)与物体对外传热能力、(火积)定义的传热过程效率以及(火积)与热量传递驱动力的关系三方面分析，发现(火积)具有的宏观物理意义是物体包含的热量在温度场中所具有的势能. 并且，通过对流换热的(火积)理论优化介绍了(火积)理论在工程实际中的应用.
提高传热过程的性能是解决能源问题的重要途径之一. 本文通过与力学中相关概念进行对比，分析了传热过程性能优化的新物理量——(火积)的宏观物理意义. 通过(火积)与物体对外传热能力、(火积)定义的传热过程效率以及(火积)与热量传递驱动力的关系三方面分析，发现(火积)具有的宏观物理意义是物体包含的热量在温度场中所具有的势能. 并且，通过对流换热的(火积)理论优化介绍了(火积)理论在工程实际中的应用.
螺旋线慢波组件的散热性能是影响行波管输出功率、工作稳定性及可靠性的重要因素. 金刚石材料具有极高的导热性能，将金刚石材料应用于螺旋线慢波组件的制备，可以在一定程度上改善组件散热性能. 本文计算模拟分析了沉积金刚石薄膜的夹持杆、沉积金刚石薄膜的螺旋线以及金刚石夹持杆对慢波组件散热性能的影响. 结合实验和模拟对比研究，使计算机仿真与实验测试紧密关联，提高了计算机模拟研究准确性，为金刚石材料在慢波组件中的应用提供了重要的参考依据.
螺旋线慢波组件的散热性能是影响行波管输出功率、工作稳定性及可靠性的重要因素. 金刚石材料具有极高的导热性能，将金刚石材料应用于螺旋线慢波组件的制备，可以在一定程度上改善组件散热性能. 本文计算模拟分析了沉积金刚石薄膜的夹持杆、沉积金刚石薄膜的螺旋线以及金刚石夹持杆对慢波组件散热性能的影响. 结合实验和模拟对比研究，使计算机仿真与实验测试紧密关联，提高了计算机模拟研究准确性，为金刚石材料在慢波组件中的应用提供了重要的参考依据.
建立了一类具有Mathieu-Duffing振子的两质量相对转动系统的非线性动力学方程. 应用多尺度法求解该系统发生主共振-基本参数共振的分岔响应方程，并通过奇异性分析得到系统稳态响应的转迁集. 利用Melnikov方法讨论系统在外激扰动和参激扰动变化下的全局分岔和系统进入混沌状态的可能途径，得到外激和参激幅值变化下系统可能出现多次通向混沌的道路，获得系统发生混沌的必要条件. 最后采用数值方法验证了理论研究的有效性.
建立了一类具有Mathieu-Duffing振子的两质量相对转动系统的非线性动力学方程. 应用多尺度法求解该系统发生主共振-基本参数共振的分岔响应方程，并通过奇异性分析得到系统稳态响应的转迁集. 利用Melnikov方法讨论系统在外激扰动和参激扰动变化下的全局分岔和系统进入混沌状态的可能途径，得到外激和参激幅值变化下系统可能出现多次通向混沌的道路，获得系统发生混沌的必要条件. 最后采用数值方法验证了理论研究的有效性.
提出并研究含时滞的非保守系统动力学的Noether对称性与守恒量. 首先，建立含时滞的非保守系统的Hamilton原理，得到含时滞的Lagrange方程；其次，基于含时滞的Hamilton作用量在依赖于广义速度的无限小群变换下的不变性，定义系统的Noether对称变换和准对称变换，建立Noether对称性的判据；最后，研究对称性与守恒量之间的关系，建立含时滞的非保守系统的Noether理论. 文末举例说明结果的应用.
提出并研究含时滞的非保守系统动力学的Noether对称性与守恒量. 首先，建立含时滞的非保守系统的Hamilton原理，得到含时滞的Lagrange方程；其次，基于含时滞的Hamilton作用量在依赖于广义速度的无限小群变换下的不变性，定义系统的Noether对称变换和准对称变换，建立Noether对称性的判据；最后，研究对称性与守恒量之间的关系，建立含时滞的非保守系统的Noether理论. 文末举例说明结果的应用.
矿井喷雾降尘是利用水雾使粉尘润湿沉降的过程，考虑到固体与液体间分子作用力，本文采用格子Boltzmann方法对液滴沿固壁铺展的动力学行为进行了数值模拟，结果发现铺展直径及动态接触角随时间呈指数规律，确定了液滴表面张力与铺展最大直径间的关系，固壁润湿性对铺展最大速度值影响较大，这些与物理试验及文献结果符合良好. 进一步考察了疏水性强的固壁，发现当液滴表面张力足够小时，铺展接触角可以在90°以下，与理论公式符合. 研究发现铺展过程中伴随着振荡，且铺展到最大时液膜有回缩趋势.
矿井喷雾降尘是利用水雾使粉尘润湿沉降的过程，考虑到固体与液体间分子作用力，本文采用格子Boltzmann方法对液滴沿固壁铺展的动力学行为进行了数值模拟，结果发现铺展直径及动态接触角随时间呈指数规律，确定了液滴表面张力与铺展最大直径间的关系，固壁润湿性对铺展最大速度值影响较大，这些与物理试验及文献结果符合良好. 进一步考察了疏水性强的固壁，发现当液滴表面张力足够小时，铺展接触角可以在90°以下，与理论公式符合. 研究发现铺展过程中伴随着振荡，且铺展到最大时液膜有回缩趋势.
针对含非溶性活性剂的液膜在固体基底上的去润湿过程，基于润滑理论建立了基态和扰动态下液膜厚度和表面活性剂浓度的演化模型，应用非模态理论分析了演化过程的稳定性特征，探讨了分子间力对液膜去润湿过程的影响. 研究表明，微扰动波的引入（k=1）有利于液膜去润湿过程的稳定进行，扰动能量逐渐衰减，然而，该效果随着扰动波数的增加而显著改变，k ≥ 2时，液膜演化的稳定性反而恶化，扰动能量被逐步放大，演化呈现出非稳定特征. 增大初始液膜厚度可以有效改善液膜流动的稳定性. 范德华力放大了液膜表面的微扰动，使得液膜演化的稳定性下降；相反，Born斥力和静电斥力具有增强去润湿稳定性的作用.
针对含非溶性活性剂的液膜在固体基底上的去润湿过程，基于润滑理论建立了基态和扰动态下液膜厚度和表面活性剂浓度的演化模型，应用非模态理论分析了演化过程的稳定性特征，探讨了分子间力对液膜去润湿过程的影响. 研究表明，微扰动波的引入（k=1）有利于液膜去润湿过程的稳定进行，扰动能量逐渐衰减，然而，该效果随着扰动波数的增加而显著改变，k ≥ 2时，液膜演化的稳定性反而恶化，扰动能量被逐步放大，演化呈现出非稳定特征. 增大初始液膜厚度可以有效改善液膜流动的稳定性. 范德华力放大了液膜表面的微扰动，使得液膜演化的稳定性下降；相反，Born斥力和静电斥力具有增强去润湿稳定性的作用.
运用密度泛函理论，对甘氨酸丙氨酸依次交替组成的13 条丝素寡肽链进行结构优化，并计算了平均结合能、偶极矩，绘出寡肽链的振动红外光谱. 计算结果发现，随着寡肽链的生长，平均结合能单调变化，典型官能团的红外特征峰均发生频移. 但官能团的伸缩振动和弯曲振动表现出相反的红移和蓝移趋势. 揭示出丝素氨基肽链的物理化学性质在生长过程存在尺寸效应及各向异性. 该现象源于同类官能团之间的耦合效应，以及分子内氢键作用对伸缩振动和弯曲振动具有不同的影响.
运用密度泛函理论，对甘氨酸丙氨酸依次交替组成的13 条丝素寡肽链进行结构优化，并计算了平均结合能、偶极矩，绘出寡肽链的振动红外光谱. 计算结果发现，随着寡肽链的生长，平均结合能单调变化，典型官能团的红外特征峰均发生频移. 但官能团的伸缩振动和弯曲振动表现出相反的红移和蓝移趋势. 揭示出丝素氨基肽链的物理化学性质在生长过程存在尺寸效应及各向异性. 该现象源于同类官能团之间的耦合效应，以及分子内氢键作用对伸缩振动和弯曲振动具有不同的影响.
利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了内边缘氧饱和的周期性凿洞石墨烯纳米带（G NR）的电子特性. 研究结果表明：对于凿洞锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs），在非磁性态时不仅始终为金属，且金属性明显增强；反铁磁态（AFM）时为半导体的ZGNR，凿洞后可能成为金属；但铁磁态（FM）为金属的ZGNR，凿洞后一般变为半导体或半金属. 而对于凿洞的扶手椅形石墨烯（AGNRs），其带隙会明显增加. 深入分析发现：这是由于氧原子对石墨烯纳米带边的电子特性有重要的影响，以及颈次级纳米带（NSNR）及边缘次级纳米带（ESNR）的不同宽度及边缘形状（锯齿或扶手椅形）能呈现出不同的量子限域效应. 这些研究对于发展纳米电子器件有重要的意义.
利用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了内边缘氧饱和的周期性凿洞石墨烯纳米带（G NR）的电子特性. 研究结果表明：对于凿洞锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs），在非磁性态时不仅始终为金属，且金属性明显增强；反铁磁态（AFM）时为半导体的ZGNR，凿洞后可能成为金属；但铁磁态（FM）为金属的ZGNR，凿洞后一般变为半导体或半金属. 而对于凿洞的扶手椅形石墨烯（AGNRs），其带隙会明显增加. 深入分析发现：这是由于氧原子对石墨烯纳米带边的电子特性有重要的影响，以及颈次级纳米带（NSNR）及边缘次级纳米带（ESNR）的不同宽度及边缘形状（锯齿或扶手椅形）能呈现出不同的量子限域效应. 这些研究对于发展纳米电子器件有重要的意义.
利用强流脉冲电子束（HCPEB）装置对纯钼表面进行辐照处理，并利用X射线衍射仪，扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）详细分析了辐照表面的微观结构和损伤效应. 1次HCPEB辐照后，纯钼表层积聚了极大的残余应力，多次辐照后表面未融化区域出现大量绝热剪切带，且局部区域发生开裂. 微观结构分析显示，辐照后材料表面形成发散状的位错组态和大量空位簇缺陷；绝热剪切带内部是尺寸为1 μm 左右等轴状的再结晶晶粒. 剪切带造成的材料表面局部软化以及间隙原子偏聚于晶界是材料发生开裂的主要原因. 另外，表面熔化区域可形成尺寸为20 nm左右的纳米晶.
利用强流脉冲电子束（HCPEB）装置对纯钼表面进行辐照处理，并利用X射线衍射仪，扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）详细分析了辐照表面的微观结构和损伤效应. 1次HCPEB辐照后，纯钼表层积聚了极大的残余应力，多次辐照后表面未融化区域出现大量绝热剪切带，且局部区域发生开裂. 微观结构分析显示，辐照后材料表面形成发散状的位错组态和大量空位簇缺陷；绝热剪切带内部是尺寸为1 μm 左右等轴状的再结晶晶粒. 剪切带造成的材料表面局部软化以及间隙原子偏聚于晶界是材料发生开裂的主要原因. 另外，表面熔化区域可形成尺寸为20 nm左右的纳米晶.
基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法，构建了未掺杂与相同重氧空位金红石型和锐钛矿型TiO1.9375超胞模型，分别对模型进行了几何结构优化、能带结构分布和态密度分布的计算. 结果表明，氧空位后金红石型和锐钛矿型TiO2体系体积均变大，同时，锐钛矿型TiO1.9375超胞的稳定性、迁移率以及电导率均高于金红石型TiO1.9375超胞. 计算结果和实验结果相一致.
基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法，构建了未掺杂与相同重氧空位金红石型和锐钛矿型TiO1.9375超胞模型，分别对模型进行了几何结构优化、能带结构分布和态密度分布的计算. 结果表明，氧空位后金红石型和锐钛矿型TiO2体系体积均变大，同时，锐钛矿型TiO1.9375超胞的稳定性、迁移率以及电导率均高于金红石型TiO1.9375超胞. 计算结果和实验结果相一致.
基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法，构建纯的单胞与金红石型和锐钛矿型TiO1.9375超胞模型，并对模型进行了几何结构优化、能带结构分布和态密度分布的计算. 结果表明，与纯的单胞相比，金红石和锐钛矿Magnli相TiO1.9375体系体积均变大，稳定性略下降，而且都发生了莫特相变. 其中锐钛矿Magnli相亚氧化钛表现没有磁性，金红石Magnli相亚氧化钛有磁性. 锐钛矿Magnli相亚氧化钛的导电性能比金红石Magnli相亚氧化钛强. 计算结果与实验结果相一致.
基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法，构建纯的单胞与金红石型和锐钛矿型TiO1.9375超胞模型，并对模型进行了几何结构优化、能带结构分布和态密度分布的计算. 结果表明，与纯的单胞相比，金红石和锐钛矿Magnli相TiO1.9375体系体积均变大，稳定性略下降，而且都发生了莫特相变. 其中锐钛矿Magnli相亚氧化钛表现没有磁性，金红石Magnli相亚氧化钛有磁性. 锐钛矿Magnli相亚氧化钛的导电性能比金红石Magnli相亚氧化钛强. 计算结果与实验结果相一致.
基于应变Si/SiGe器件结构，本文建立了统一的应变Si NMOSFET漏电流解析模型. 该模型采用平滑函数，实现了应变Si NMOSFET漏电流及其导数，从亚阈值区到强反型区以及从线性区到饱和区的平滑性，解决了模型的连续性问题. 同时考虑了载流子速度饱和效应和沟道长度调制效应的影响，进一步提高了模型精度. 通过将模型的仿真结果和实验结果对比分析，验证了所建模型的有效性. 该模型可为应变Si数字集成电路和模拟集成电路分析、设计提供重要参考.
基于应变Si/SiGe器件结构，本文建立了统一的应变Si NMOSFET漏电流解析模型. 该模型采用平滑函数，实现了应变Si NMOSFET漏电流及其导数，从亚阈值区到强反型区以及从线性区到饱和区的平滑性，解决了模型的连续性问题. 同时考虑了载流子速度饱和效应和沟道长度调制效应的影响，进一步提高了模型精度. 通过将模型的仿真结果和实验结果对比分析，验证了所建模型的有效性. 该模型可为应变Si数字集成电路和模拟集成电路分析、设计提供重要参考.
在有效质量近似下采用变分法计算了InGaAsP/InP量子阱内不同In组分下的激子结合能，分析了结合能随阱宽和In组分的变化情况，并且讨论了外加电场对激子结合能的影响. 结果表明：激子结合能是阱宽的一个非单调函数，随阱宽的变化呈现先增加后减小的趋势；随着In组分增大，激子结合能达到最大值的阱宽相应变小，这与材料的带隙改变有关；在一定范围内电场的存在对激子结合能的影响很小，但电场强度较大时会破坏激子效应.
在有效质量近似下采用变分法计算了InGaAsP/InP量子阱内不同In组分下的激子结合能，分析了结合能随阱宽和In组分的变化情况，并且讨论了外加电场对激子结合能的影响. 结果表明：激子结合能是阱宽的一个非单调函数，随阱宽的变化呈现先增加后减小的趋势；随着In组分增大，激子结合能达到最大值的阱宽相应变小，这与材料的带隙改变有关；在一定范围内电场的存在对激子结合能的影响很小，但电场强度较大时会破坏激子效应.
本文提出一种高k介质电导增强SOI LDMOS新结构（HK CE SOI LDMOS），并研究其机理. HK CE SOI LDMOS的特征是在漂移区两侧引入高k介质，反向阻断时，高k介质对漂移区进行自适应辅助耗尽，实现漂移区三维RESURF效应并调制电场，因而提高器件耐压和漂移区浓度并降低导通电阻. 借助三维仿真研究耐压、比导通电阻与器件结构参数之间的关系. 结果表明，HK CE SOI LDMOS与常规超结SOI LDMOS相比，耐压提高16%–18%，同时比导通电阻降低13%–20%，且缓解了由衬底辅助耗尽效应带来的电荷非平衡问题.
本文提出一种高k介质电导增强SOI LDMOS新结构（HK CE SOI LDMOS），并研究其机理. HK CE SOI LDMOS的特征是在漂移区两侧引入高k介质，反向阻断时，高k介质对漂移区进行自适应辅助耗尽，实现漂移区三维RESURF效应并调制电场，因而提高器件耐压和漂移区浓度并降低导通电阻. 借助三维仿真研究耐压、比导通电阻与器件结构参数之间的关系. 结果表明，HK CE SOI LDMOS与常规超结SOI LDMOS相比，耐压提高16%–18%，同时比导通电阻降低13%–20%，且缓解了由衬底辅助耗尽效应带来的电荷非平衡问题.
为了满足现代通信设备多频带及集成化要求，基于耦合机理和谐振机理，在实心半波壁雷达罩和A 夹层雷达罩等效平板基底上设计了一种由容性表面（内嵌谐振单元）-感性表面-容性表面（内嵌谐振单元）-等效基底级联而成的Ku/Ka波段双通带频率选择表面结构. 根据FSS的物理结构建立了等效电路模型，分析了滤波机理，利用全波分析软件计算了两种FSS雷达罩的传输特性. 该结构基于容性表面与感性表面的耦合作用在Ku波段形成具有微型化特性的第一通带，基于两个容性表面内嵌的方环单元谐振在Ka波段形成第二通带，两通带透过率分别为89%，94.7%（实心半波壁FSS雷达罩）、88.2%/93.7%（A夹层FSS雷达罩），在0°–45°扫描范围内，两通带传输特性稳定. 在半波壁雷达罩的等效平板上制作了Ku/Ka双通带实验样件，利用自由空间法测试其传输特性，在制作误差允许的范围内，测试结果与仿真结果基本一致. 为研究通带间隔较宽的多频FSS 提供了理论和实验依据.
为了满足现代通信设备多频带及集成化要求，基于耦合机理和谐振机理，在实心半波壁雷达罩和A 夹层雷达罩等效平板基底上设计了一种由容性表面（内嵌谐振单元）-感性表面-容性表面（内嵌谐振单元）-等效基底级联而成的Ku/Ka波段双通带频率选择表面结构. 根据FSS的物理结构建立了等效电路模型，分析了滤波机理，利用全波分析软件计算了两种FSS雷达罩的传输特性. 该结构基于容性表面与感性表面的耦合作用在Ku波段形成具有微型化特性的第一通带，基于两个容性表面内嵌的方环单元谐振在Ka波段形成第二通带，两通带透过率分别为89%，94.7%（实心半波壁FSS雷达罩）、88.2%/93.7%（A夹层FSS雷达罩），在0°–45°扫描范围内，两通带传输特性稳定. 在半波壁雷达罩的等效平板上制作了Ku/Ka双通带实验样件，利用自由空间法测试其传输特性，在制作误差允许的范围内，测试结果与仿真结果基本一致. 为研究通带间隔较宽的多频FSS 提供了理论和实验依据.
将染料分子与半导体表面所组成的异质结与金属纳米粒子的耦合系统作为研究对象，考虑分子的振动态，在偶极-偶极近似下研究其线性吸收谱及相关的电荷转移动力学过程. 对金属纳米粒子作用下吸收谱变宽及相关的电子转移增强过程作了仔细的分析和讨论，理论分析了金属钠米粒子的表面等离激元对异质结中超快电子转移的影响.
将染料分子与半导体表面所组成的异质结与金属纳米粒子的耦合系统作为研究对象，考虑分子的振动态，在偶极-偶极近似下研究其线性吸收谱及相关的电荷转移动力学过程. 对金属纳米粒子作用下吸收谱变宽及相关的电子转移增强过程作了仔细的分析和讨论，理论分析了金属钠米粒子的表面等离激元对异质结中超快电子转移的影响.
采用脉冲激光沉积法制备了0.20BiInO3-0.80PbTiO3（20BI-PT）高温压电薄膜，并与0.15BiInO3-0.85PbTiO3（15BI-PT）样品进行了比较研究. X射线衍射谱显示，20BI-PT样品100峰出现了明显的劈裂，显示样品具有更高的四方对称性. FESEM图显示，20BI-PT样品中出现了部分111取向的三角形晶粒. 20BI-PT样品的铁电剩余极化（Pr）为～28 C/cm2，矫顽场（Ec）为～120 kV/cm，相较15BI-PT样品，Pr略有增加，但同时Ec也有增加. 20BI-PT样品的横向压电系数（e31，f）约为4.70.6 C/m2，和15BI-PT相比几乎一样. 介电温度谱显示，20BI-PT 样品的居里温度比15BI-PT增加了约30 ℃，达590 ℃，且介电峰没有明显的频率依赖性. Rayleigh分析显示，20BI-PT样品中内在本征因素及可翻转畴对介电非线性的贡献和15BI-PT基本相同，但是外在因素的贡献没有15BI-PT的贡献大，这可能和20BI-PT样品中晶粒111相对取向率较高有关.
采用脉冲激光沉积法制备了0.20BiInO3-0.80PbTiO3（20BI-PT）高温压电薄膜，并与0.15BiInO3-0.85PbTiO3（15BI-PT）样品进行了比较研究. X射线衍射谱显示，20BI-PT样品100峰出现了明显的劈裂，显示样品具有更高的四方对称性. FESEM图显示，20BI-PT样品中出现了部分111取向的三角形晶粒. 20BI-PT样品的铁电剩余极化（Pr）为～28 C/cm2，矫顽场（Ec）为～120 kV/cm，相较15BI-PT样品，Pr略有增加，但同时Ec也有增加. 20BI-PT样品的横向压电系数（e31，f）约为4.70.6 C/m2，和15BI-PT相比几乎一样. 介电温度谱显示，20BI-PT 样品的居里温度比15BI-PT增加了约30 ℃，达590 ℃，且介电峰没有明显的频率依赖性. Rayleigh分析显示，20BI-PT样品中内在本征因素及可翻转畴对介电非线性的贡献和15BI-PT基本相同，但是外在因素的贡献没有15BI-PT的贡献大，这可能和20BI-PT样品中晶粒111相对取向率较高有关.
采用传统的固相反应烧结方法制 备BaxSr1-xTiO3（0.40≤ x ≤0.70）陶瓷，借助于Raman散射光谱，研究了陶瓷样品在不同原位电场作用下Raman振动模式的变化，观察到居里温度附近显著的电场诱导的四方–立方相之间的转变. 结果表明A1（TO3）和E（TO4）两种振动模式与晶体的结构存在密切的联系，这两种模式源于O-Ti-O沿晶格中c轴的方向和ab面内的振动. A1（TO3）/E（TO4）之间Raman峰的相对强度比，随外加场强的增加明显升高，顺电相逐渐转变为铁电相，晶格的畸变越来越明显，其宏观性能上表现为介电常数的降低，可调率的增加. 同时对居里温度附近电场诱导的结构相变对顺电相下介电非线性的贡献进行了探讨.
采用传统的固相反应烧结方法制 备BaxSr1-xTiO3（0.40≤ x ≤0.70）陶瓷，借助于Raman散射光谱，研究了陶瓷样品在不同原位电场作用下Raman振动模式的变化，观察到居里温度附近显著的电场诱导的四方–立方相之间的转变. 结果表明A1（TO3）和E（TO4）两种振动模式与晶体的结构存在密切的联系，这两种模式源于O-Ti-O沿晶格中c轴的方向和ab面内的振动. A1（TO3）/E（TO4）之间Raman峰的相对强度比，随外加场强的增加明显升高，顺电相逐渐转变为铁电相，晶格的畸变越来越明显，其宏观性能上表现为介电常数的降低，可调率的增加. 同时对居里温度附近电场诱导的结构相变对顺电相下介电非线性的贡献进行了探讨.
本文提出一种基于圆台形吸收单元的超宽带、极化不敏感的超材料太赫兹吸收器. 该超材料吸收器采用金属薄膜金和介质层二氧化硅交替叠加的多层结构. 采用商业软件CST Studio Suite 2009时域求解器计算了其在0–10 THz波段内的吸收率A（ω），在2–10 THz之间实现了对入射太赫兹波的超宽频带强吸收. 仿真结果表明，由于其圆台形单元结构，在器件垂直方向上形成一系列不同尺寸的微型吸收器，产生了吸收频点相连的多频吸收峰. 利用不同吸收峰的耦合叠加效应，获得超过8 THz的超宽带太赫兹波吸收，吸收强度达到92.3%以上. 这一结构具有超宽带强吸收，360°极化不敏感以及易于加工等优越特性，因而在太赫兹波探测器、光谱成像以及隐身技术方面具有潜在的应用.
本文提出一种基于圆台形吸收单元的超宽带、极化不敏感的超材料太赫兹吸收器. 该超材料吸收器采用金属薄膜金和介质层二氧化硅交替叠加的多层结构. 采用商业软件CST Studio Suite 2009时域求解器计算了其在0–10 THz波段内的吸收率A（ω），在2–10 THz之间实现了对入射太赫兹波的超宽频带强吸收. 仿真结果表明，由于其圆台形单元结构，在器件垂直方向上形成一系列不同尺寸的微型吸收器，产生了吸收频点相连的多频吸收峰. 利用不同吸收峰的耦合叠加效应，获得超过8 THz的超宽带太赫兹波吸收，吸收强度达到92.3%以上. 这一结构具有超宽带强吸收，360°极化不敏感以及易于加工等优越特性，因而在太赫兹波探测器、光谱成像以及隐身技术方面具有潜在的应用.
本文通过分析不同几何配置下的偏振拉曼光谱对非线性光学晶体的晶格振动模式进行了研究. 首先根据因子群分析，将晶体的振动模按晶体对称群的不可约表示进行分类，其次测量了晶体在101600 cm-1范围内，不同几何配置下的偏振拉曼光谱，并在此基础上指认了晶体的晶格振动模式. 300 cm-1以下的振动峰，归结为晶体的外振动，来自[BiO6]，[ZnO4]，[BO4]和[BO3]原子基团的平动和转动；300cm-1以上为晶体的内振动，主要与Bi-O，和Zn-O键振动有关. 晶体拉曼光谱中最高振动频率达到1407 cm-1，被指认为[BO3]三角形中B-O键的伸缩振动，体现了[BO3]基团中高的电子非局域化程度.
本文通过分析不同几何配置下的偏振拉曼光谱对非线性光学晶体的晶格振动模式进行了研究. 首先根据因子群分析，将晶体的振动模按晶体对称群的不可约表示进行分类，其次测量了晶体在101600 cm-1范围内，不同几何配置下的偏振拉曼光谱，并在此基础上指认了晶体的晶格振动模式. 300 cm-1以下的振动峰，归结为晶体的外振动，来自[BiO6]，[ZnO4]，[BO4]和[BO3]原子基团的平动和转动；300cm-1以上为晶体的内振动，主要与Bi-O，和Zn-O键振动有关. 晶体拉曼光谱中最高振动频率达到1407 cm-1，被指认为[BO3]三角形中B-O键的伸缩振动，体现了[BO3]基团中高的电子非局域化程度.
通过调控Mn2+的掺杂浓度，在镥基纳米晶体成功地实现了六方、四方混合相到纯四方相的相位转变，并详细讨论了其相变机理. 时域和频域光谱的分析表明，立方相Na5Lu9F32：40% Mn2+，20% Yb3+，2% Ln3+（Ln=Er3+，Ho3+）纳米晶体内的准纯红色荧光发射主要由Mn2+和Ln3+之间的两步能量转移引起. Mn2+掺杂后引起了发光离子附近局域对称性的降低，使得电偶极跃迁的辐射速率明显增加，进而导致了上转换、下转换荧光的极大增强. 该研究结果在生物荧光成像、太阳能电池效率的提高方面具备潜在的、广阔的应用前景.
通过调控Mn2+的掺杂浓度，在镥基纳米晶体成功地实现了六方、四方混合相到纯四方相的相位转变，并详细讨论了其相变机理. 时域和频域光谱的分析表明，立方相Na5Lu9F32：40% Mn2+，20% Yb3+，2% Ln3+（Ln=Er3+，Ho3+）纳米晶体内的准纯红色荧光发射主要由Mn2+和Ln3+之间的两步能量转移引起. Mn2+掺杂后引起了发光离子附近局域对称性的降低，使得电偶极跃迁的辐射速率明显增加，进而导致了上转换、下转换荧光的极大增强. 该研究结果在生物荧光成像、太阳能电池效率的提高方面具备潜在的、广阔的应用前景.
石墨烯是单原子厚的二维狄拉克相对论费米子系统，其优秀的光电学性质得到了广泛的关注和研究. 本论文利用量子理论研究掺杂石墨烯系统外电场和光场共同作用下的非平衡载流子的非线性太赫兹光学性质. 研究发现，掺杂石墨烯带内光吸收表现出强的非线性太赫兹光学特性. 随着外加偏压电场的增大，石墨烯非线性光学响应增强；随着外界太赫兹光频率的减小，非线特性增强. 研究表明通过改变电场强度，可以有效调节石墨烯系统太赫兹非线性光学特性. 研究结果为探索和发展以石墨烯为基础的新型纳米太赫兹光电器件的研究和实际应用提供了理论依据.
石墨烯是单原子厚的二维狄拉克相对论费米子系统，其优秀的光电学性质得到了广泛的关注和研究. 本论文利用量子理论研究掺杂石墨烯系统外电场和光场共同作用下的非平衡载流子的非线性太赫兹光学性质. 研究发现，掺杂石墨烯带内光吸收表现出强的非线性太赫兹光学特性. 随着外加偏压电场的增大，石墨烯非线性光学响应增强；随着外界太赫兹光频率的减小，非线特性增强. 研究表明通过改变电场强度，可以有效调节石墨烯系统太赫兹非线性光学特性. 研究结果为探索和发展以石墨烯为基础的新型纳米太赫兹光电器件的研究和实际应用提供了理论依据.
石墨烯材料应用到各种光波导器件中正成为新一代光子器件的重要发展方向之一，目前基于石墨烯的光纤和集成光子器件研究越来越受到国内外的重视. 本文建立了一种由微纳光纤耦合光倏逝场，并在石墨烯薄膜中传输的模型. 通过有限元分析法，研究了光在这种石墨烯波导中传输光场的强度分布和相位特性，并通过实验进行了验证. 结果表明，沿着微纳光纤-石墨烯光波导传播的倏逝场的强度分布和相位均受石墨烯材料作用，石墨烯材料能有效聚集和导行波导中传输的高阶模，在单位传输长度上具有更密集的等相位面. 本文提出了一种利用微纳光纤耦合光倏逝场研究石墨烯相位响应特性的新方法，对基于石墨烯波导的新型调制器、滤波器、激光器和传感器等光子器件的设计和应用具有一定的参考意义.
石墨烯材料应用到各种光波导器件中正成为新一代光子器件的重要发展方向之一，目前基于石墨烯的光纤和集成光子器件研究越来越受到国内外的重视. 本文建立了一种由微纳光纤耦合光倏逝场，并在石墨烯薄膜中传输的模型. 通过有限元分析法，研究了光在这种石墨烯波导中传输光场的强度分布和相位特性，并通过实验进行了验证. 结果表明，沿着微纳光纤-石墨烯光波导传播的倏逝场的强度分布和相位均受石墨烯材料作用，石墨烯材料能有效聚集和导行波导中传输的高阶模，在单位传输长度上具有更密集的等相位面. 本文提出了一种利用微纳光纤耦合光倏逝场研究石墨烯相位响应特性的新方法，对基于石墨烯波导的新型调制器、滤波器、激光器和传感器等光子器件的设计和应用具有一定的参考意义.
本文首先研究了具有通常柱间距（大于100 nm）的纳米柱阵列在近红外波段的光学特性并实现了通过改变阵列参数（如周期）来调制局域表面等离子体谐振. 随后，通过使用电子束直写和离子束刻蚀的方法制备出具有超小柱间距（小于50 nm）和超高密度（ultrahigh density）的纳米柱阵列并通过对表面等离子体谐振的调制实现了在可见光波段滤出不同颜色的单色光. 本文中所展示的纳米柱功能阵列可以与现有的数字光处理（digital light processing，DLP）技术相兼容进而构造具有超小像素的显示屏，可以在显示、成像等领域取得广泛的应用.
本文首先研究了具有通常柱间距（大于100 nm）的纳米柱阵列在近红外波段的光学特性并实现了通过改变阵列参数（如周期）来调制局域表面等离子体谐振. 随后，通过使用电子束直写和离子束刻蚀的方法制备出具有超小柱间距（小于50 nm）和超高密度（ultrahigh density）的纳米柱阵列并通过对表面等离子体谐振的调制实现了在可见光波段滤出不同颜色的单色光. 本文中所展示的纳米柱功能阵列可以与现有的数字光处理（digital light processing，DLP）技术相兼容进而构造具有超小像素的显示屏，可以在显示、成像等领域取得广泛的应用.
采用基于量子力学的半经验哈密顿量的计算方法，即SCED-LCAO方法，模拟研究了碳硅二炔的稳定性结构、成键特点、电子结构等性质. 得出其最稳定的结构是单层平面结构，晶格常数为12.251 Å. 它通过 含有两个Si-C三键的链连接六元环构成. 这种平面结构在很大高温范围内都可以保持其稳定特性，直到1520 K时，该基本结构才被破坏，且结构中出现四元环. 体系温度低于1520 K时，均可通过降温，恢复其零温时的结构. 研究还发现这种共轭结构中Si，C 原子间存在稳定的sp杂化形式，对分布函数得出其键长为1.58 Å左右. 高温时sp杂化逐渐转变成其他杂化形式. 计算结果表明，在零温下，该电中性系统中存在离域π键，使得系统中的Si-C键长呈现平均化趋势. 研究表明，碳硅二炔的能隙为1.416 eV，LUMO，HOMO能级分别是0.386 eV和–1.03 eV表明了其n型半导体特性.
采用基于量子力学的半经验哈密顿量的计算方法，即SCED-LCAO方法，模拟研究了碳硅二炔的稳定性结构、成键特点、电子结构等性质. 得出其最稳定的结构是单层平面结构，晶格常数为12.251 Å. 它通过 含有两个Si-C三键的链连接六元环构成. 这种平面结构在很大高温范围内都可以保持其稳定特性，直到1520 K时，该基本结构才被破坏，且结构中出现四元环. 体系温度低于1520 K时，均可通过降温，恢复其零温时的结构. 研究还发现这种共轭结构中Si，C 原子间存在稳定的sp杂化形式，对分布函数得出其键长为1.58 Å左右. 高温时sp杂化逐渐转变成其他杂化形式. 计算结果表明，在零温下，该电中性系统中存在离域π键，使得系统中的Si-C键长呈现平均化趋势. 研究表明，碳硅二炔的能隙为1.416 eV，LUMO，HOMO能级分别是0.386 eV和–1.03 eV表明了其n型半导体特性.
本文利用BCF模型研究了应变对圆形岛形貌稳定性的影响. 通过Gibbs-Thomson关系将应变引入该模型中，讨论了在失配应变、外场应变以及沉积流量、线张力和远场流量等因素共同作用下圆形岛的稳定性，并得到了相应的扰动增长率以及临界沉积流量. 研究结果表明：较大的失配应变和远场流量都能促进岛在生长过程中失稳，而线张力可以抑制岛的失稳. 随着岛的生长，岛的半径越大越趋于稳定，当岛生长到临界半径后，临界沉积流量随着失配应变的增大而增大. 在外场应变存在的情况下，外场负应变对岛的生长起稳定作用并使临界沉积流量减小；相反，正应变促进岛的失稳，且使临界流量增大. 这些结论对在薄膜生长过程中控制原子岛的形貌及其稳定性提供了重要的理论依据.
本文利用BCF模型研究了应变对圆形岛形貌稳定性的影响. 通过Gibbs-Thomson关系将应变引入该模型中，讨论了在失配应变、外场应变以及沉积流量、线张力和远场流量等因素共同作用下圆形岛的稳定性，并得到了相应的扰动增长率以及临界沉积流量. 研究结果表明：较大的失配应变和远场流量都能促进岛在生长过程中失稳，而线张力可以抑制岛的失稳. 随着岛的生长，岛的半径越大越趋于稳定，当岛生长到临界半径后，临界沉积流量随着失配应变的增大而增大. 在外场应变存在的情况下，外场负应变对岛的生长起稳定作用并使临界沉积流量减小；相反，正应变促进岛的失稳，且使临界流量增大. 这些结论对在薄膜生长过程中控制原子岛的形貌及其稳定性提供了重要的理论依据.
研究了一种用于高功率回旋振荡管准光模式变换系统的高效率Denisov型辐射器. 基于Bessel函数的积分展开及几何光学理论，系统地分析了圆波导中电磁波的传播过程及Denisov型辐射器降低衍射损耗的机理；分析了在圆波导内壁上工作模式与耦合模式叠加形成准高斯型场分布的过程. 从Bessel函数导数的本征值出发，给出了不同工作模式在Denisov型辐射器预聚束波导段选择目标耦合模式的一种普适方法，同时给出了Denisov型辐射器的设计方法. 依据上述理论分析编写了计算程序，并对一支140 GHz，工作模式为TE28，8，1 MW长脉冲回旋振荡管进行了对比验证，计算结果与文献报道的结果具有很好的一致性.
研究了一种用于高功率回旋振荡管准光模式变换系统的高效率Denisov型辐射器. 基于Bessel函数的积分展开及几何光学理论，系统地分析了圆波导中电磁波的传播过程及Denisov型辐射器降低衍射损耗的机理；分析了在圆波导内壁上工作模式与耦合模式叠加形成准高斯型场分布的过程. 从Bessel函数导数的本征值出发，给出了不同工作模式在Denisov型辐射器预聚束波导段选择目标耦合模式的一种普适方法，同时给出了Denisov型辐射器的设计方法. 依据上述理论分析编写了计算程序，并对一支140 GHz，工作模式为TE28，8，1 MW长脉冲回旋振荡管进行了对比验证，计算结果与文献报道的结果具有很好的一致性.
在考虑正交极化子信道之间相关性的前提下，指出传统分析模型无法体现极化方向对相关性的影响，并提出一种新的建模理论对传统模型进行修改补充；然后指出传统模型中使用天线在距离分集和极化分集情况下的相关系数来计算混合分集情况下的相关系数是一种不够准确的近似方法，提出直接利用天线处于混合分集情况下的统计数据进行建模，这种新的模型可以准确复现子信道间的相关系数，满足高精度的需求.
在考虑正交极化子信道之间相关性的前提下，指出传统分析模型无法体现极化方向对相关性的影响，并提出一种新的建模理论对传统模型进行修改补充；然后指出传统模型中使用天线在距离分集和极化分集情况下的相关系数来计算混合分集情况下的相关系数是一种不够准确的近似方法，提出直接利用天线处于混合分集情况下的统计数据进行建模，这种新的模型可以准确复现子信道间的相关系数，满足高精度的需求.
基于不规则波导模式匹配法以及缓变波导中电磁波模式耦合理论，研究了一种W波段圆波导TE62模式激励器. 该波导模式激励器采用矩形波导TE10模式通过侧壁耦合馈入同轴波导，利用同轴波导的选模特性激励TE61模式；随后利用轴向半径周期微扰的圆波导实现TE61–TE62模式变换. 文中推导了矩形-同轴波导模式匹配理论，系统研究了波导结构缓变参数对模式变换效率的影响，完成了模式变换器的优化仿真设计，数值计算结果表明：中心频率处TE62模式的转换效率为94.5%，纯度为98.16%，效率85%以上带宽达到1 GHz，能够满足回旋管冷测的要求.
基于不规则波导模式匹配法以及缓变波导中电磁波模式耦合理论，研究了一种W波段圆波导TE62模式激励器. 该波导模式激励器采用矩形波导TE10模式通过侧壁耦合馈入同轴波导，利用同轴波导的选模特性激励TE61模式；随后利用轴向半径周期微扰的圆波导实现TE61–TE62模式变换. 文中推导了矩形-同轴波导模式匹配理论，系统研究了波导结构缓变参数对模式变换效率的影响，完成了模式变换器的优化仿真设计，数值计算结果表明：中心频率处TE62模式的转换效率为94.5%，纯度为98.16%，效率85%以上带宽达到1 GHz，能够满足回旋管冷测的要求.
本文对比研究了LaON/SiO2和HfON/SiO2双隧穿层MONOS存储器的存储特性. 实验结果表明，LaON/SiO2双隧穿层MONOS存储器具有较大的存储窗口，快的编程/擦除速度及好的疲劳和保持特性. 其机理在于LaON较大的介电常数有效提高了编程/擦除过程中载流子的注入效率，较小的O 扩散系数减少了界面陷阱，从而减少了保持期间存储电荷通过陷阱辅助隧穿的泄漏. 而且N的结合在界面附近形成了强的La-N，Hf-N 和O-N键，可有效降低编程/擦除循环应力对界面的损伤，使器件具有好的疲劳特性. 此外，研究了退火温度对存储特性的影响，结果表明800 ℃退火样品的存储特性比700 ℃退火的好，这是因为800 ℃时NO退火可在LaON（HfON）中引入更多的N，且能更好释放应力，使介质中缺陷减少.
本文对比研究了LaON/SiO2和HfON/SiO2双隧穿层MONOS存储器的存储特性. 实验结果表明，LaON/SiO2双隧穿层MONOS存储器具有较大的存储窗口，快的编程/擦除速度及好的疲劳和保持特性. 其机理在于LaON较大的介电常数有效提高了编程/擦除过程中载流子的注入效率，较小的O 扩散系数减少了界面陷阱，从而减少了保持期间存储电荷通过陷阱辅助隧穿的泄漏. 而且N的结合在界面附近形成了强的La-N，Hf-N 和O-N键，可有效降低编程/擦除循环应力对界面的损伤，使器件具有好的疲劳特性. 此外，研究了退火温度对存储特性的影响，结果表明800 ℃退火样品的存储特性比700 ℃退火的好，这是因为800 ℃时NO退火可在LaON（HfON）中引入更多的N，且能更好释放应力，使介质中缺陷减少.
试图探究动力系统中的耦合关系一直以来都是国内外众多学者关注的热点，传统的时间序列符号化分析方法会使研究结果受序列非平稳性的严重影响，本文在原有转移熵的研究基础上，应用粗粒化提取，经过理论与实验的分析，发现心脑电信号耦合研究中的转移熵值在不同提取情况下对应不同的分布趋势，并选择效果最好的信号数据提取方法用在其后的应用分析中. 此外，对时间序列符号化方法提出改进，采用动态的自适应分割方法. 实验结果表明，无论清醒期还是睡眠期，改进的符号转移熵算法观测分析到的心脑电信号耦合作用更显著，能更好的捕捉到信号中的动态信息、系统动力学复杂性的改变，更利于医学临床实践应用中的检测，在分析非平稳的时间序列上具有更好的效果.
试图探究动力系统中的耦合关系一直以来都是国内外众多学者关注的热点，传统的时间序列符号化分析方法会使研究结果受序列非平稳性的严重影响，本文在原有转移熵的研究基础上，应用粗粒化提取，经过理论与实验的分析，发现心脑电信号耦合研究中的转移熵值在不同提取情况下对应不同的分布趋势，并选择效果最好的信号数据提取方法用在其后的应用分析中. 此外，对时间序列符号化方法提出改进，采用动态的自适应分割方法. 实验结果表明，无论清醒期还是睡眠期，改进的符号转移熵算法观测分析到的心脑电信号耦合作用更显著，能更好的捕捉到信号中的动态信息、系统动力学复杂性的改变，更利于医学临床实践应用中的检测，在分析非平稳的时间序列上具有更好的效果.
以H2S气体作为硫源、固态蒸发硒蒸气作为硒源对电沉积Cu-In-Ga金属预制层进行硒硫化处理. 通过电沉积Cu-In-Ga金属预制层在不同衬底温度下硒化、硫化和硒硫化的对比实验，发现CuInS2相和CuIn（S，Se）2相优先生成，抑制了CuInSe2相的生成，促使InSe相薄膜向内部扩散，减弱了薄膜两相分离现象. 采用先硒化后硒硫化处理工艺优化了Cu（In，Ga）（S，Se）2薄膜的制备工艺，在250 ℃预硒化得到了开路电压为570 mV的太阳电池，在更高的预硒化温度得到了较大短路电流的太阳电池，最终优化得到了效率达到10.4%的电池器件.
以H2S气体作为硫源、固态蒸发硒蒸气作为硒源对电沉积Cu-In-Ga金属预制层进行硒硫化处理. 通过电沉积Cu-In-Ga金属预制层在不同衬底温度下硒化、硫化和硒硫化的对比实验，发现CuInS2相和CuIn（S，Se）2相优先生成，抑制了CuInSe2相的生成，促使InSe相薄膜向内部扩散，减弱了薄膜两相分离现象. 采用先硒化后硒硫化处理工艺优化了Cu（In，Ga）（S，Se）2薄膜的制备工艺，在250 ℃预硒化得到了开路电压为570 mV的太阳电池，在更高的预硒化温度得到了较大短路电流的太阳电池，最终优化得到了效率达到10.4%的电池器件.
在NaSh模型基础上，充分考虑驾驶员在匝口指示牌的诱导作用下驾驶方式的变化，定义了车辆在匝口上游的换道、直行驾驶规则，提出了敏感换道的元胞自动机下匝道交通流模型. 通过计算机数值模拟，结果表明：敏感换道过程能减少直行车道上的转出车辆比例，对非必要的换道行为有明显的抑制作用，且随敏感换道区长度增加，该作用越明显；匝口提示位置并非越长越好，系统转出车辆比例越小，系统所需的最佳敏感换道区长度越短. 工程设计中根据转出车辆比例选取一个适宜距离安放匝口指示牌，能有效增加系统流量和临界加入概率.
在NaSh模型基础上，充分考虑驾驶员在匝口指示牌的诱导作用下驾驶方式的变化，定义了车辆在匝口上游的换道、直行驾驶规则，提出了敏感换道的元胞自动机下匝道交通流模型. 通过计算机数值模拟，结果表明：敏感换道过程能减少直行车道上的转出车辆比例，对非必要的换道行为有明显的抑制作用，且随敏感换道区长度增加，该作用越明显；匝口提示位置并非越长越好，系统转出车辆比例越小，系统所需的最佳敏感换道区长度越短. 工程设计中根据转出车辆比例选取一个适宜距离安放匝口指示牌，能有效增加系统流量和临界加入概率.
社会网络研究的兴起，为网络演化规律研究提供了有效工具，但大多数研究集中从宏观机制评估网络演化的动态过程. 本文基于公共品博弈，通过演化博弈与网络拓扑共演化方式，从微观角度提出了多社区动态网络演化模型（dMCPGG）. 即以节点间演化博弈为动力，修改节点间边的关系，驱动网络拓扑演化. 考虑到网络异质性，采用基于拓扑势的偏好规则更准确全面的描述节点影响力. 通过数值模拟和仿真实验，验证了本模型的合理性，不仅重现了无标度网络及随机网络的节点度、聚类系数及平均路径长度的结构特性，还准确捕捉到真实社交网络的演化过程.
社会网络研究的兴起，为网络演化规律研究提供了有效工具，但大多数研究集中从宏观机制评估网络演化的动态过程. 本文基于公共品博弈，通过演化博弈与网络拓扑共演化方式，从微观角度提出了多社区动态网络演化模型（dMCPGG）. 即以节点间演化博弈为动力，修改节点间边的关系，驱动网络拓扑演化. 考虑到网络异质性，采用基于拓扑势的偏好规则更准确全面的描述节点影响力. 通过数值模拟和仿真实验，验证了本模型的合理性，不仅重现了无标度网络及随机网络的节点度、聚类系数及平均路径长度的结构特性，还准确捕捉到真实社交网络的演化过程.