近年来,微纳结构材料在科研和生产领域展示出巨大的潜力。其中,基于液体材料填充的微结构光纤(MOF)光子器件将光纤内部的微结构同材料自身的物理效应有机结合起来,具有广阔的应用前景。与此同时,基于石墨烯(Graphene)和硫化铅量子点(PbS QD)纳米复合材料的光敏场效应管,展示出高增益、高响应度等特点,具有重大的理论和实际意义。此外,太赫兹(THz)辐射在基础研究及工程应用等领域都具有重要的研究价值,研制高转换效率的THz差频辐射源可以大力推动THz技术的发展。本文的主要内容和创新点包括:1.系统研究了MOF横截面参数对液体填充MOF器件温度灵敏度的影响。通过数值模拟确定在较大占空比、较小空气孔层数以及较大入射光波长的条件下,系统的温度敏感特性达到最佳。在实验中,选用最为接近理想状态的大占空比柚子型MOF,填充了不同体积比的混合溶液,得到其热光响应特性。2.设计了基于混合液体填充的反射式MOF温度传感探头。该装置使得光源和探测器位于温度敏感区域同侧,整个系统更为紧凑。通过调节溶液配比拓展了温度传感探头的工作范围。3.制备了基于Graphene-PbS QD复合材料的光敏场效应管,在光照条件下测量了该器件的响应度、光谱响应特性及瞬态响应特性。并首次建立了上述光敏场效应管的响应度函数模型,提出了过渡因子α的概念。根据α因子,可以清晰的描述光敏场效应管在线性区、过渡区和饱和区的光电响应特性,实验数据与理论模型吻合得非常好。4.设计了基于无粘合剂粘结(AFB)技术的周期性反转KTP晶体的高效THz辐射源。搭建了基于AFB及体材料KTP晶体的多耦合光学参量振荡器,实验结果表明,AFB KTP晶体中产生的两束闲频光具有更好的相干性,可以有效提高差频转换效率。