利用严格耦合波理论和时域有限差分方法设计了一种应用于940 nm垂直腔面发射激光器的Si基零折射率对比度光栅反射镜。对零对比度亚波长光栅(Zero-index-Contrast subwavelength Grating, ZCG)的高反射特性进行了研究，分析了ZCG实现宽带高反射的条件。此外，讨论了光栅结构参数对反射性能的影响并计算了制作公差，模拟分析了ZCG尺寸与垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL)氧化孔径尺寸对镜面损耗的影响。所设计的ZCG带宽可达280 nm, Δλ/λ0=29.8%。该反射镜可以替代VCSEL中传统的分布式布拉格反射镜，降低了工艺难度和生长成本，同时有利于VCSEL与其他Si基光电子器件的集成。

基于具有强非局域效应的金属-电介质多层膜结构提出了三种偏振分光器.当多层膜结构的平均介电常数为零时，横电偏振电磁波对应的等频率曲线为一很小的圆，而横磁偏振电磁波对应的等频率曲线则为两支抛物线，这是由表面等离激元诱导的非局域效应引起的.利用该多层膜结构在不同偏振电磁波下等频率曲线表现出巨大差异这一特性，提出了三种偏振分光器，其中包含厚度远小于波长的超薄偏振分光器.这些结果有望在偏振选择吸收体以及集成光子器件中有潜在应用.

Due to their extraordinary electromagnetic/optical properties, zero-index media have extensive application prospects in the manipulation of electromagnetic waves, novel antenna and waveguide devices, nonlinear optics, optical absorption, electro-optical modulation, etc. In this review, we first present the classification and realization of zero-index materials. Then, we focus on their fundamental concepts and electromagnetic/optical properties, including refraction, reflection and tunneling effects of electromagnetic waves, the influence of doped defects in both two- and three-dimensions, features of anisotropic zero-index media, and the distribution of electric fields in and outside the medium. Finally, we review a variety of applications, and provide a brief summary and outlook on future studies of these materials.

零折射率材料作为超材料的一种在微波辐射中有广泛应用。为实现高性能的小型化天线，分析了零折射率材料的产生机理，设计了一种高功率金属网格材料天线透镜。数值模拟表明，零折射率材料透镜覆盖于一Ku波段喇叭天线口面时，可以改善喇叭天线波前相位，将喇叭天线的球面波前相位调制为较均匀的平面波，增益可提高2.27 dB，喇叭天线的功率容量可达到610 MW。研究了材料的层数n、层距h、周期a以及金属线半径r对S参数的影响，得到了所要求频率的最优材料结构。

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。

采用时域有限差分（FDTD）方法研究了二维六边形排列结构的光子晶体近零折射率材料的相位特性，提出利用电场相位的空间频谱计算等效折射率的新方法，该方法可直观地反映电场相位的变化，解释了负折射的传播机理。利用该方法分析了横磁（TM）模波长和温度对等效折射率的影响。

用平面波展开法研究了介质矩形柱二维正方格子光子晶体的能带结构，正方晶格的晶格常数为a，当介质矩形柱边长为0.3633a，相对介电常数为11.56时，光子晶体的能带在布里渊区的中心点获得一个三重简并态，包括在同一频率接触构成狄拉克锥的两个线性能带，一个穿过狄拉克点的平的能带，光子晶体等效为介电常数和磁导率都为零的零折射率材料。用有限元法仿真电磁波在光子晶体中的传输特性，仿真结果表明，狄拉克点频率的电磁波通过光子晶体时相位不发生变化，传输特性与零折射率材料相同，用这种光子晶体设计的凹透镜可以实现焦点的半峰全宽为波长λ的0.63倍，焦距为λ的4.12倍的亚波长聚焦。

由于零折射率介质对于自由空间来说具有零相移和阻抗匹配的特性，因而可以用来控制电磁辐射模式。设计了新型的准直和分光器件结构,该器件建立在近零折射率材料基础上。该结构能实现将散射光转化成准直光束及分光的功能,分光束数、光束宽度和光束方向可以精确控制。仿真结果表明设计的结构具有完美的性能。

运用色散特性分析的方法，在六角形晶格光子晶体能带结构的布里渊区中心找到了狄拉克点，用等效媒质理论验证了在这一点上光子晶体的等效介电常量和等效磁导率同时为零，即存在狄拉克频点，用此六角形晶格光子晶体可以实现零折射率材料.随后运用有限元数值仿真方法，研究了此六角形晶格结构在狄拉克频点及其附近所呈现的零折射率特性.将此种六角形晶格光子晶体经过合理设计用以制作凹透镜，发现可以实现远场的亚波长聚焦.此外在凹透镜的入射面处引入防反射结构可以在一定程度上增强聚焦效果，提高了系统的分辨率.