设计出一种结构新颖的宽波段太赫兹偏振分束器, 这种偏振分束器由夹层式亚波长金属光栅制成。亚波长金属光栅偏振分束器可以将入射的任意自然光分成两束偏振状态垂直的线偏振光。其中, TE模反射而TM模透射。设计的偏振分束器在3.5~5.5 THz波段可以达到很高的衍射效率与消光比。但是, 在光栅的实际制作过程中, 加工技术的缺陷引起的误差大大影响了光栅的性能, 比如衍射效率, 消光比等。因此文中对一些结构参数进行了计算, 从计算结果可以看出这种偏振分束器也有很好的工艺容差。当覆盖层厚度D1与底层介质厚度D3的变化范围分别为1~1.2 滋m和 2.8~3 滋m时, T■■大于96.9%, R■■大于98.7%。Tc和Rc分别大于31 dB和33.4 dB。结果显示, 设计的偏振分束器在2 THz的带宽10°的大角度范围内, 衍射效率高于90%, 消光比大于20 dB。因此文中设计对于太赫兹调制器件的研究, 以及太赫兹通信系统的集成都有很大的参考价值。

消色差相位延迟器可以在较宽光谱范围内获得所需要的相位延迟量，是偏振光调制的核心元件之一。根据严格耦合波理论和遗传算法，提出了一种基于夹层式亚波长金属介质膜光栅的宽光谱消色差相位延迟器的设计方法，并设计了一种在900~1200 nm波长范围内实现消色差的相位延迟器，其相位延迟量在90°左右的最大偏差小于 2.3%，且横电波和横磁波的衍射效率均高于90%。数值分析表明，所设计的消色差相位延迟器对槽深和入射角具有较大的工艺容差。该消色差相位延迟器设计简单，性能稳定，具有重要的应用价值。

选取高品质因数的圆弓形散射元微腔构建耦合波导，通过改变散射元参数和耦合腔散射元平移等方法，得出光子晶体耦合腔波导结构的慢光变化规律，并实现很好平带下的极高群折射率。模拟结果显示，不同微腔个数的耦合波导，通过调整短轴/长轴之比和散射元平移等方式，不仅可以获得各种平带慢光曲线，还可以获得群折射率从4.10×104到1.35×105的超低慢光结构。

为降低太阳能电池片表面的反射率，提出了一种基于SiO2/TiO2膜层的减反射光栅，该光栅由基底、浮雕结构和表面薄膜覆盖层组成。以加权平均反射率为评价函数，采用严格耦合波理论和遗传算法对光栅的槽深、周期、占空比、入射角和包覆层厚度等参数进行优化。所设计的太阳能电池用减反射光栅在入射波长为300~1100 nm，入射角度在±40°范围变化时加权平均反射率低于2.16%，最小加权平均反射率低于1.04%。数值分析表明设计的光栅具有优良的工艺容差。

采用渐变圆弓形散射元构建线性缺陷波导，并将其应用于光子晶体的慢光效应。在工作波长λ=1550 nm时，通过圆弓形散射元单列纵向渐变，获得群折射率在31.4~95.0，低色散(Δng<10%)带宽在3.7~11.8 nm，无量纲标量积ng×(Δλ)/λ在0.2268~0.2390，超低色散带宽(Δng<1%)在2.2~4.8 nm之间的慢光；通过三列圆弓形散射元纵向周期性渐变，获得群折射率在31.6~108.2，低色散(Δng<10%)带宽在4.0~13.0 nm，无量纲标量积ng×(Δλ)/λ在0.2650~0.2792，超低色散带宽(Δng<1%)在2.6~6.8 nm之间的慢光；通过圆弓形散射元横向渐变，获得群折射率在32.1~89.3，低色散带宽在2.9~9.3 nm，无量纲标量积ng×(Δλ)/λ在0.1670~0.1926，超低色散带宽在1.6~3.5 nm之间的慢光。可见，采用散射元纵向渐变和横向渐变，特别是纵向渐变，可以实现慢光效应，从而为慢光结构设计和应用提供了新的方向。

格兰泰勒棱镜的光强透射比随着空间入射角的改变会出现波动。借助共点三轴系统和多光束干涉公式，得到了偏光棱镜的光强透射比的精确表达式。根据马吕斯定律，利用数值模拟实验，给出了格兰泰勒棱镜作为检偏镜在光学系统中的光强透射比表达式。数值模拟结果表明：波动的产生来源于平行空气隙间的多光束干涉，波动幅度的大小及出现的位置主要取决于空气隙的平行程度及检偏镜在光学系统中的相对位置。令棱镜的转轴和系统的光轴之间的夹角β=0°,可以实现光强透射比曲线上波动的完全抑制。给空气隙一个小的胶合误差角可以有效抑制光强透射比随空间入射角的波动。抑制波动的临界胶合误差角随入射光束横截面的增大而减小。

设计了一种适用于脉冲无畸变慢光传输的带隙型光子晶体光纤。用平面波展开法分析了该带隙型光子晶体光纤的能带结构、群折射率以及群速度色散等特性。分析结果表明，通过对光子晶体光纤的内包层空气孔进行微流体填充，可以有效改善光子晶体光纤的慢光特性，并且得到了群折射率为6，带宽超过100 nm的超宽带光子晶体慢光光纤，实现了宽带的平坦慢光传输。该带隙型光子晶体光纤在光纤通信、信息处理、光纤传感及光与物质相互作用中有广泛的应用前景。

圆弓形散射元具有各向异性和多个可控自由度的特点。采用平面波展开方法，通过长轴微调、短轴变化和散射元转动几个方面，优化了光子晶体线性缺陷波导结构，实现了高群折射率和低色散的慢光效应并进行了模拟。结果表明，通过调整长轴和短轴变化，可以获得带宽在10.1～1.1 nm，折射率为36.5～287.5的低色散慢光；通过散射元转动，可以获得带宽在11.4～0.8 nm、折射率为45.5～293.7的低色散慢光。上述方法还可以获得超低色散和接近零色散效果的慢光。由此表明，选择合适的散射元和调整散射元参数，可以有效地实现高群折射率和低色散的慢光效应。

利用折射定律，介质膜两侧折射率不同时多光束干涉理论和菲涅耳公式，精确推导了双沃拉斯顿棱镜的光强分束比的具体表达式。以公式为基础，通过Matlab软件数值模拟作图分析光强分束比随入射角、入射波长和结构角的变化关系曲线。结果表明：在棱镜为介质胶合型时，光强分束比随入射角和入射波长的变化很小，光强分束比基本为1；棱镜为空气胶合型时，光强分束比随入射角，结构角和波长的变化很大。两种情况下，光强分束比随各参量的变化基本呈周期性变化。

提出并设计了一种消色差的相位型超分辨光瞳滤波器。详细分析了滤波器的设计参数对成像系统的光斑压缩比和斯特雷尔比影响。分别以方解石晶体和石英玻璃材料为例进行了设计，当光斑压缩比为0.83时，得到两种材料的消色差超分辨光瞳滤波器，可以分别在380~555 nm和300~600 nm的波长范围内实现消色差，同时可以有较高的斯特雷尔比。