为实现光折射率传感器小结构、高灵敏度的要求,根据表面等离极化激元的透射特性,提出了一种单挡板金属-介质-金属(MIM)波导耦合类云朵腔结构。此结构引用“腔中腔”的理念,在近场耦合作用下,类云朵腔所形成的较宽的连续态与金属挡板所形成的较窄的离散态经过干涉相长相消,可以产生三重不同模式的法诺共振。结合耦合模理论,对三重法诺共振的产生机理进行分析,并运用有限元分析法对此结构进行模拟仿真,定量分析了不同结构参数对折射率传感特性以及优质因子的影响。结果表明,三种共振模式的灵敏度分别为600,800,1083 nm/RIU,优质因子分别为5.08×10 ⁴、3.56×10 ⁵和1.17×10 ³。

表面等离激元弯曲光束（SPB）作为一种局域在金属表面传输的特殊光束，在光子操控和光学捕获等方面有着特殊的应用潜力。应用相位匹配法，设计了几种金属纳米狭缝阵列（V形、N形、M形及M+V形）结构，调控产生了SPB；讨论了入射光波偏振角度和结构参数对SPB电场强度的调控影响。以M形结构为例，讨论了结构臂之间的夹角、结构参数及结构间的耦合对SPB的影响。结果表明：不同结构产生的SPB电场强度随入射光波偏振角度的变化满足正弦函数分布；SPB电场强度分布受到结构臂之间的夹角、结构参数及结构间的耦合影响。用偶极子远场辐射强度和辐射角度满足的规律对结果进行了定性分析，为SPB产生器的设计和优化提供了指导。

基于表面等离极化激元在亚波长结构的传输特性,提出了一种含单挡板的金属-介质-金属(MIM)波导耦合双T型谐振腔的结构。在近场耦合作用下,单挡板形成的较宽连续态与单T型腔形成的较窄离散态,经过复杂的干涉相消形成非对称的双重Fano共振峰。基于耦合模理论,研究了单挡板MIM波导耦合单T型腔Fano共振的产生机理,并采用有限元分析法对该结构进行了模拟仿真。在此基础上,研究了含双T型腔结构的四重Fano共振形成过程,分析了上下T型腔结构参数对Fano共振峰的影响。结果表明,上下T型腔产生的Fano共振峰互不影响,且由单个T型腔可以实现两个Fano共振峰独立可调谐,故含金属挡板的MIM波导耦合双T型腔结构可以实现四个Fano共振峰独立可调谐。该结构可为差动传感器和波分复用器的设计提供有效的理论参考。

周期性亚波长孔阵列的异常透射性质在亚波长光电器件设计中具有重要意义。两层或更多膜层上周期孔阵列结构, 由于层之间电磁场的相互作用可以导致新的光学性质。利用时域有限差分方法理论研究了带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性。结果表明: 该结构在近红外波段的透射谱存在多个透射峰, 并且透射峰的数量、位置和强度可以通过改变结构的几何参数和介质膜的材料进行调控。详细分析了介质膜的厚度和折射率、孔阵列的周期、矩形孔的边长等因素对多层膜矩形孔阵列透射谱的影响, 为利用多个表面等离子共振设计多波长控制器件提供了一定的参考。

基于表面等离激元在亚波长结构的传输特性,提出了一种含双金属挡板的金属-电介质-金属(MDM)波导耦合方形腔结构。法布里-珀罗(F-P)谐振腔产生的宽连续态与由方形谐振腔产生的窄离散态干涉相消,形成了Fano共振。基于耦合模理论,定性分析了该结构Fano共振的产生机理。利用有限元法对该结构进行了仿真,定量分析了结构参数对折射率传感特性的影响。结果表明,优化参数后该结构的折射率灵敏度高达1080 nm/RIU,优质因子高达7.35×10 ⁵。

采用极化电流微分方程，对贵金属中自由电子与外电场的共振过程进行描述。将该微分方程与麦克斯韦方程相结合，运用时域有限差分(FDTD)方法，在粒子PIC模拟软件CHIPIC3D的基础上，实现了电子激励表面等离极化激元(SPPs)的模拟。通过对100 keV电子平行于银薄膜表面运动、激励起表面等离极化激元的模拟，观测并分析了SPPs的场强及模式在银薄膜表面的分布，并验证了模拟结果的正确性。

空间弯曲光束在光学捕获和光纤传感等领域具有重要的应用价值, 在这些应用中, 空间的介质环境起着重要作用。根据空间弯曲光束的激发原理提出了一种理论方法, 应用折射定律反演空间弯曲光束的每一条几何射线, 以描述空间弯曲光束在空气-介质界面的折射现象, 同时以空间弯曲光束为例进行了有限元法模拟。所阐明的空间弯曲光束在空气-介质界面的折射机制为解释任意通过相位反演激发的空间弯曲光束的折射机制提供了一定的参考。

应用勒让德变换反演任意弯曲目标曲线对应的相位函数，通过该相位函数与不同级数凹槽阵列相位间满足的关系，确定凹槽阵列位置；再利用凹槽阵列将金属表面等离极化激元转换为空间任意弯曲光束。研究了目标曲线常数和结构参数对空间弯曲光束的影响。结果发现，空间弯曲光束的强度、弯曲形状以及传播距离依赖于弯曲曲线常数、槽深和槽宽。

设计了一种基于表面等离极化激元金属-介质-金属的L形谐振腔波导结构，并应用有限元方法研究了该结构的传输特性。数值计算结果表明，透射光谱中出现了明显的阻带，其滤波特性强烈地依赖于L形谐振腔结构的尺寸。相比于同尺度的水平放置的矩形谐振腔，L形谐振腔结构具有更高的品质因子，滤波效果更佳。随着L形谐振腔结构尺寸的增大，透射光谱发生红移；在L形谐振腔中充入折射率不同的介质，根据表面等离极化激元共振对L形谐振腔内折射率变化敏感特性，通过探测透射光谱中共振波长来探测介质折射率，该结构可广泛用于传感器方面。