设计了一种基于金属铑（Rh）和二氧化硅（SiO₂）材料的紫外线吸收器，其单元结构由Rh衬底、SiO₂电介质层和Rh图案层构成。采用有限元方法（FEM）分析了该吸收器的吸收特性与入射波波长、入射角、方位角和几何结构参数的依赖关系。结果表明，该紫外线吸收器通过表面等离子体共振效应达到吸收目的。通过调整单元结构的几何参数，可以调整该吸收器的吸收特性。由于结构的旋转对称性，该吸收器具有偏振不敏感性。在所有结构参数均采用最优值的情况下，当入射角为0°~45°、波长为200~400 nm时，均能获得90%以上的高吸收率。吸收率为95%的波段为250~300 nm及325~400 nm。所设计的紫外线超宽带吸收器具有优良的吸收性能。采用的Rh金属为紫外波段内吸收材料的选择提供了新的选项。研究结果为紫外线吸收器的设计、制作和应用提供了参考。

本文采用多级方法（MPM）对涂覆石墨烯的双椭圆和圆柱并行纳米线波导的基模的有效折射率进行了计算，并采用有限元法（FEM）对计算结果进行了验证。本文研究了两种计算方法的结果之间的相对误差随MPM展开项数的最大值、工作波长、费米能、椭圆柱形纳米线的半长轴及半短轴、纳米线表面之间的横向间距，以及圆柱形纳米线的相对高度等变化的规律。通过对照计算结果得到以下规律：随着级数展开项数增大，MPM的结果越接近FEM的结果；随着工作波长和费米能增大，有效折射率实部和虚部的相对误差均增大；随着圆柱形电介质纳米线的半径和椭圆柱形纳米线的半长轴增大，有效折射率实部的相对误差增大，而其虚部的相对误差减小；随着椭圆柱形纳米线的半短轴增大，有效折射率实部的相对误差减小，而其虚部的相对误差增大；随着纳米线表面之间的横向间距和圆柱形纳米线的相对高度增大，有效折射率实部和虚部的相对误差均减小。这些现象均可以通过场分布得到解释。在本文的计算范围内，相对误差均保持在10^-3量级。该研究工作为混合型电介质并行纳米线波导的设计、制作和应用提供了理论基础。

设计了一种基于二氧化钒的动态可调谐的红外线超宽带吸收器。数值模拟表明：对于横磁（TM）波，当入射角由0?增加到60?时，在17~55 μm波长范围内，吸收器的吸收率可以保持在90%左右；对于横电（TE）波，当入射角由0?增加到55?时，在10~55 μm波长范围内，依然可以实现90%左右的高效吸收；当TM波或TE波垂直入射时，在16~60 μm波段，吸收率大于90%，吸收带宽可以达到54 μm。当二氧化钒的电导率从20 S/m逐渐变化到2×10⁵ S/m时，超宽带吸收器可转换为多峰吸收器。与之前报道过的基于二氧化钒的吸收器相比，所设计的吸收器的带宽和可调性得到了显著改善。该吸收器有望在偏振探测器、热辐射器、红外传感器等领域中得到应用。

设计了一种基于VO₂、NaF和TiO₂材料的红外线超宽带可调吸收器，并采用有限元方法对其吸收特性进行了分析。结果表明：当入射波垂直入射时，吸收率对偏振角不敏感。在21~25 μm及35~43 μm波长范围内，吸收率可以达到99.8%。在12~51 μm范围内，吸收率可以达到90%。在0~55°入射角范围内，横磁（TM）波在12~52 μm波长范围内，横电（TE）波在20~45 μm波长范围内，吸收率均可达到80%以上。获得宽带吸收的主要原因是表面等离子体共振效应。通过改变VO₂的电导率，可以调节吸收器的吸收率，实现吸收率的可调性。所设计的红外线超宽带吸收器具有优良的吸收性能，在传感、探测及能量收集和转化等方面具有潜在的应用价值。

设计了一种由涂覆石墨烯的两根椭圆柱形和一根圆柱形电介质纳米线构成的基于石墨烯表面等离激元的纳米并行线波导。利用有限元方法, 对波导所支持的5个最低阶模式的传输特性进行了分析。结果表明, 波导所支持的这些模式均可由涂覆石墨烯的椭圆柱形和圆柱形电介质纳米线的基模和一阶模合成。工作波长或者石墨烯的费米能变化时, 这些模式的传输特性的变化趋势保持一致。模式1和模式2的传输特性受椭圆柱纳米线半长轴、中心间距和圆柱纳米线的高度的影响相对较大。模式3的传输特性受结构参数的影响相对较小。模式4和模式5的传输特性受椭圆柱纳米线半长轴、中心间距和圆柱纳米线的半径的影响相对较大。本文设计的波导采用了椭圆柱形结构, 增加了可调节的参数, 其传输性能优于由涂覆石墨烯的三根圆柱形电介质纳米线构成的波导。本文设计的波导在微纳光学器件集成和传感器领域具有一定的应用前景。

设计了一种基于Bi_1.5Sb_0.5Te_1.8Se_1.2材料的能对紫外线实现宽角度吸收的多凹槽型吸收器。采用有限元方法对该吸收器的吸收机制以及吸收特性与入射波波长、入射角度以及结构参数的依赖关系进行了研究。重点讨论了0°入射时的吸收情况与结构参数之间的关系，并采用归一化的磁场强度分布对所得结果进行了解释。结果表明：该吸收器的吸收机制主要是表面等离子共振和光学谐振腔共振；在优化参数下，当入射角度为0°～70°时，该吸收器的吸收率均可达到80%以上。该吸收器在紫外传感、紫外光催化等领域具有潜在的应用价值。

设计了一种涂覆石墨烯的混合型电介质纳米并行线波导。这种波导由两根圆柱形和一根椭圆柱形电介质纳米并行线组成。利用有限元方法对5个最低阶模式进行了分类，研究了工作波长、石墨烯的费米能和结构参数对5个最低阶模式的有效折射率实部、传播长度和品质因数的影响。结果表明：5个最低阶模式均可由圆柱形纳米线和椭圆柱形纳米线的低阶模合成。当调节工作波长和石墨烯的费米能时，5个模式的传输特性均可得到有效的调节。当结构参数变化时，前两个模式的传输特性变化比较显著，而其他三个模式的传输特性变化不明显。将所设计结构与由两根椭圆柱形和一根圆柱形电介质纳米并行线构成的波导相比较，发现所设计的结构具有更长的传播长度和更高的品质因数。该研究为涂覆石墨烯的混合型电介质纳米并行线波导的设计、制作和应用提供了参考。

基于Bi_1.5Sb_0.5Te_1.8Se_1.2材料，设计了一种光栅型紫外线吸收器。采用有限元方法，对该吸收器的吸收特性与结构参数、入射角度及工作波长的依赖关系进行了详细的分析。该吸收器的吸收机制是磁激元共振效应。通过调节结构参数、入射角度及工作波长，可以调节该吸收器的吸收特性。采用优化参数条件下，在200~400 nm的波段范围内，在0~75°的入射角度范围内，吸收率可以达到80%以上。该工作为紫外线吸收器的设计、制作和在紫外检测与防护、生物传感和紫外光催化等领域的应用提供了理论基础。

设计了一种涂覆六边形氮化硼材料的多凹槽型中红外线吸收器。这是一种光栅型吸收器,单元结构中包括多个在电介质中挖出的空气凹槽。凹槽的侧面和底部均匀涂覆了六边形氮化硼材料,并且凹槽的深度是线性渐变的。该吸收器的吸收特性是由表面等离子共振效应和电介质腔共振效应共同作用引起的。采用有限元算法研究了结构参数、工作波长及入射角度对吸收器吸收性能的影响。结果表明:在优化的结构参数条件下,吸收器的吸收率在5.5~15 μm的波长范围和在0°~75°的入射角范围内可以达到90％。

超宽带吸收是电磁吸收器追求的一个重要目标。本文设计了一种基于氮化钛和二氧化钛两种耐火材料的槽深渐变的光栅型光吸收器,采用有限元法分析了单元结构的周期、凹槽深度、凹槽宽度、涂层厚度和凹槽个数对吸收曲线的影响,并确定了各个结构参数的最优值。该吸收器利用电介质腔共振效应和表面等离子体共振效应对入射电磁波进行吸收。结果表明:在优化结构参数条件下,在500～2 000 nm波段范围内和0～80°入射角范围内,该吸收器的平均吸收率可达到90％以上,并且对入射角表现出不敏感性,实现了对可见光至近红外线波段电磁波的超宽带吸收。通过比较发现,凹槽顶部和底部采用半圆柱形结构时,吸收效果更优。由于构成该吸收器的材料为耐火材料,因此这种吸收器可以在高温环境下工作。该设计在光伏发电等领域有潜在的应用价值。