近年来, 具有自然界中天然媒质所不具备的特殊性质的电磁超材料在很多领域引起了广泛关注。零折射率超材料(ZRIM)是一种相对介电常数和磁导率为零的特征材料, 在光学领域具有很多独特的特征, 主要表现在波长拉伸、相位一致以及隧道效应等方面。介绍了几种典型的ZRIM结构以及ZRIM结构中实现的性质, 包括无限大波长、均匀场分布等。讨论了ZRIM结构的实现在物理光学中的重要应用, 比如定向发射、发射增强、边界态分析以及光的捕获。基于零折射率的性质以及特征的研究, 为新器件开发、新光学元件的基础研究提供了相应的参考和指导。

为了降低微机械隧道陀螺仪系统的非线性，增大器件的带宽并提高系统的信噪比，隧尖与相应隧道电极之间的隧道间距应控制在1 nm附近，且其必须在闭环模式下工作。本文鉴于线性二次高斯(LQG)控制理论的抗干扰特性和鲁棒性以及哥氏加速度的时变特征，采用时变卡尔曼滤波器和LQG最优控制器串联而成的LQG预测控制策略设计了隧道陀螺仪闭环控制系统。首先，根据隧道陀螺仪的工作原理设计了总体控制方案。然后，在建立隧道式陀螺仪的扩展动态方程的基础上，设计了LQG预测控制器的两个串联环节即时变卡尔曼滤波器和状态反馈调节器。最后，通过Simulink建立了隧道式陀螺仪的LQG预测控制系统并进行数值仿真。结果表明，即使输入角速度是缓变的随机信号，LQG预测控制器也能将隧道间距维持在1 nm附近。控制系统能够精确地估计欲测量的输入角速度，估计精度达到10-4 rad/s。

DNA复制和蛋白质合成过程中的核苷酸基配对过程可以看成是无序数据项的搜索问题。量子搜索与经典搜索相比，具有平方根数量级的加速。本文通过符合Grover量子 搜索算法的经典谐振子系统和量子隧道效应建立了核甘酸基配对和氢键形成的模型，并从维持量子相干性的角度探讨了DNA聚合酶的催化作用，从信息学的角度论证了 生物信息处理的优化。

基于波导的几何光学理论，并考虑谐振腔的品质因素或光子寿命，给出了毫米级圆碟回音壁模式谐振时的条件，应用光子隧道效应，分析了输入输出波导与圆碟的耦合特性，详细分析并给出了品质因素为5×105环形电极铌酸锂圆碟调制器中回音壁模式与波导的耦合与限制条件.提出一种利用铌酸锂Mach-Zehnder波导与同质材料圆碟构成的微波接收转换装置，该装置能够实现推挽操作，在具有较高频率分辨特性的基础上能进一步降低驱动电压，而且器件尺寸进一步减小.

分析了平面电压波与一对2维电感加载传输线和电容加载传输线介质板的相互作用,在共轭匹配的条件下,推导出了传输线介质板内外的电压分布,并着重讨论了倏逝波和传播波波数的取值方法。仿真结果显示,这对介质板前面的电压幅度和相位与后面的电压幅度和相位是相同的,这说明了电压波的每一个空间傅里叶成分,包括电压传播波和电压倏逝波,能够完全通过这对共轭匹配板,表明在板中存在很强的隧道效应。

介绍了一种利用隧道效应所具有的高位移敏感特性来获得较高灵敏度的微机械隧道振动陀螺仪的设计和工艺制备,该陀螺仪分别采用扇形梳齿驱动和面外振动悬臂梁的方式实现质量块的振动和恒隧道电流的检测。介绍了扇形梳齿驱动的工作原理和隧道陀螺仪的设计。由于采用了硅玻键合和深反应离子蚀刻(DRIE)的DDSOG体硅制备工艺,因而可获得较大的敏感质量块,从而使陀螺仪具有较高的灵敏度和较大的动态响应范围.根据检测模态和驱动模态匹配的原则,利用有限元模型对隧道陀螺仪的结构尺寸进行了优化,仿真结果表明,该陀螺仪在常压下的灵敏度为0.007nm(°)/s。

在研究大量实验曲线的基础上，指出势阱所有能级均有一定的宽度，电子或空穴在各能级中出现的概率符合正态分布，从理论上分析了Ⅰ类超晶格和双势垒单势阱的发光光谱与吸收光谱．解释了GaAs／Ga_1－xAl_xAs多量子阱和超晶格吸收光谱吸收边及量子阱变窄时各吸收峰的“蓝移现象”及GaAs／Ga_1－xAl_xAs双势垒单量子阱样品的电流－电压特性曲线及电导－电压特性曲线的特征和出现的“负阻效应”．

给出了W型单模单偏振光纤基模模场在截止前、截止时和截止后的具体计算方法.利用基模模场分析了W型单模单偏振光纤隧道效应发生的过程、强弱和方向,得出了W型单模单偏振光纤隧道效应随其基模的截止而显著增强、并且主要集中在椭圆内包层短半轴方向的结论.

本文对光学中和量子力学中隧道效应的穿透系数进行计算与类比,从而揭示出光学中折射定律的新意义．

本文讨论了对称双阱势中玻色-爱因斯坦凝聚原子几个性质，其中包括隧道效应、原子的干涉及与驻波光场相互作用的动力学等等。结果表明，在这样的双阱势中，尽管隧道效应存在，凝聚在两个阱中的平均原子数依然相等，这保证了原子干涉的可见度。而凝聚原子的干涉条纹与两阱中原子波包的动量差与动量和密切相关。此外，隧道效应的存在对驻波激光场与凝聚原子构成的体系的态函数和能谱等一些动力学性质都有明显影响。