作为光频段局域表面等离激元的低频对应物，人工局域表面等离激元因其深亚波长局域场增强和高Q值谐振的特点而受到广泛关注。微波等离激元谐振器是产生人工局域表面等离激元的典型器件，其特点是具有多重离散旋转对称性和镜面反射对称性。以往的研究提出了等效媒质法和等效色散法分析微波等离激元谐振器的模式响应，但这两种方法都未能充分考虑谐振器的几何对称性从而未能全面揭示其模式特性。本文针对谐振器的几何对称性提出了群表示论方法分析其模式响应。通过对称性分析，发现谐振器的几何对称性所构成的群的不可约表示数等于谐振器所能支持的人工局域表面等离激元模式的数目。以对称性构成C7v群的谐振器为例，C7v群的5个不可约表示数对应了5种人工局域表面等离激元模式，分别为零阶模式(也即磁偶极子)、偶极子、四极子、六极子和十四极子。受限于几何对称性，谐振器将不能支持更多阶的模式。为验证群表示论方法，设计了对称性构成C7v群的微波等离激元谐振器，全波仿真结果很好地证明了上述理论。本文提出的群表示论方法也可推广到其他频段如光频，因而具有广泛的适用性。

基于电卡效应的固态制冷技术, 具有高效、环境友好、轻量、低成本和易于小型化等优点, 是替代传统压缩机制冷的理想技术之一。在施加或去除电场时产生较大极化变化的铁电材料, 则是制备基于电卡效应固态制冷器件的理想材料。近年来, 人类对环境可持续发展的需求, 使无铅块体陶瓷的电卡效应研究成为铁电材料领域的研究热点之一。本文首先回顾电卡效应研究历史上的标志性事件, 随后简要介绍电卡制冷的原理, 提出了在室温附近获得宽温区和大电卡温变的材料设计思路, 之后系统综述了BaTiO₃基、Bi_0.5Na_0.5TiO₃基和K_0.5Na_0.5NbO₃基无铅块体陶瓷电卡效应的研究进展, 重点分析了这三类无铅块体陶瓷电卡效应的独特优势和面临的挑战, 最后对无铅块体陶瓷电卡效应的发展趋势进行了展望。

为实现双大气窗口红外隐身, 提出了一种新型双阻带频率选择表面(FSS).该结构由三层材料组成：金属四个多路交叉十字型谐振器、金属井字型结构、中间由介质层隔开.仿真结果表明, 对于垂直入射波, 所提出的双阻带FSS在两个大气窗(3.0~5.0 μm和8.0~14.0 μm)内具有较高的反射率, 并且透射率被抑制到01以下.研究了入射角、周期大小及介质厚度等对反射率和透射率的影响.在φ= 0°时, TE和TM波在的宽入射角θ范围内均显示出良好的传输稳定性.通过FSS在谐振频点的电场及表面电流的分析结果发现, 3.0~5.0 μm的反射是由于电谐振引起的而 8.0~14.0 μm的高反射是由于电谐振与磁谐振共同引起的.

为实现在中、远红外两个大气窗口的低透过率, 设计了一种基于六边形环状结构的双屏红外频率选择表面, 利用 CST电磁软件进行仿真分析, 发现该频率选择表面在 3～5 .m和 8～15 .m两个波段内的平均透过率低于 0.025, 实现了红外波段的双阻带; 采用等效表面阻抗和表面电流法分析了该频率选择表面的滤波机理, 发现不同极值点处由于屏间耦合或屏内单元间的耦合在谐振单元表面感应出对称分布的电流从而使散射总场增强, 形成增强型反射, 即比较理想的红外光阻带; 最后研究了电磁波的入射角度、极化方式以及介质层的厚度对频率选择表面传输特性的影响。

为实现在中、远红外两个大气窗口的低透过率, 设计了一种基于六边形环状结构的双屏红外频率选择表面(FSS), 利用CST电磁软件进行仿真分析, 发现该FSS在3~5 μm和8~14 μm两个波段内的平均透过率低于2.5%, 实现了红外波段的双阻带; 采用表面电流模式分析法和有效介质理论分析了该FSS的滤波机理, 发现不同谐振点处由于屏间耦合或屏内单元间的耦合在谐振单元表面感应出对称分布的电流从而使散射总场增强, 形成增强型反射, 即比较理想的红外光阻带; 最后研究了电磁波的极化方式、入射角度、介质属性以及结构参数对FSS传输特性的影响。结果表明该FSS具有良好的偏振稳定性和角度稳定性, 介质属性和结构参数对其传输特性有较大影响。

随着超材料研究的不断发展，基于超材料结构设计的一系列太赫兹及红外吸波体引起了国内外广泛关注。由于具有高效的吸波性能，太赫兹及红外吸波超材料在现代隐身技术、节能、绝热、生物化学光谱、红外成像、传感和安检等领域具有广泛的应用前景。通过紧密跟踪国内外太赫兹及红外吸波超材料的最新研究进展，讨论总结了太赫兹及红外吸波超材料的吸波机理。由于材料依靠增强电场强度来实现对电磁波的吸收往往比靠材料本身的损耗吸收电磁波有更高的效率，与传统吸波材料的工作原理不同，超材料在太赫兹及红外波段主要依靠亚波长单元结构的设计，降低其等离子体频率，从而实现表面等离激元场增强效应（SPPs）。基于此，总结归纳了太赫兹及红外吸波超材料研究中 3种有效降低等离子频率的方法，分别为金属表面的周期性结构设计、半导体材料的掺杂和新型碳纳米材料的引入，更加清晰地阐明了表面等离激元场增强效应实现方式。同时，对太赫兹及红外吸波超材料今后的发展给出了自己的认识。

为了分析不同探测环境对卫星红外探测的影响, 推导了倾斜探测路径下目标与背景在探测器入瞳处的辐照度对比度计算公式。计算了目标在海天背景下不同温度、不同高度、不同太阳天顶角、不同探测天顶角条件下, 目标与背景在 0.75～14.m波段的红外单色辐射照度对比度。分析指出: 太阳天顶角对红外探测的影响主要在 2.7.m以下波段, 探测波长大于 2.7.m可不考虑太阳的影响。目标在 5 km以下、探测天顶角在 60.以上继续增加时, 探测波段变窄, 不可探频段增宽；目标在 10 km以上, 探测天顶角变化对探测影响很小。这些结论可用于指导卫星红外探测波段选择与探测结果分析。

提出了一种构建超材料带通频率选择表面的新方法，该方法通过调节单元结构的等效介电常数实现.金属丝阵列在等离子频率以下等效介电常数为负，产生传输禁带，在金属丝阵列中加入介电常数符合Lorentz模型的短金属线结构，可得到一维带通频率选择表面，理论分析和仿真计算充分验证了这种方法的可行性.基于这种方法，将一维超材料频率选择表面单元拓展设计为二维对称结构，实现了一种宽入射角、极化无关的频率选择表面，最后加工了两个样品对基于等效介质理论的频率选择表面设计方法进行了实验验证.这种设计方法不必考虑常规频率选择表面所涉及的复杂计算和多参数优化等问题，拓展了频率选择表面的设计思路，对于THz频段频率选择表面的设计，及多通带、可调、小型化频率选择表面都具有借鉴意义.

在太赫兹波段设计了一种宽频带准全向的平板超材料吸波体．仿真结果表明,该吸波体在4.36～4.91 THz之间具有极化不敏感和宽入射角的强吸收．提取的等效阻抗实部表明,可以通过调节超材料的电磁响应造成吸波体一侧与自由空间近似阻抗匹配、另一侧与自由空间阻抗不匹配，从而在吸收频带内同时实现反射率和传输率最小、吸收率最大．仿真的三种不同损耗情况下吸波体的吸收率表明,吸波体的强吸波特性主要源于金属损耗；金属无耗时，基板的介质损耗只能吸收部分能量．仿真的金属覆层在不同电导率和不同厚度情况下吸波体的吸收率表明,可以通过选用合适高电导率的金属以及适当减小金属覆层的厚度来加强金属损耗的强度．该吸波体可能在许多领域具有广泛的应用．