设计了一种由金属Ag和ITO(In2O3∶Sn锡掺氧化铟)薄膜呈周期排布的金属光子晶体(Metal photonic crystals,MPCs)。采用时域有限元差分法(Finite difference time domain, FDTD)计算仿真了周期和周期数对其可见光透光率和反射率的影响规律。研究表明, 当金属Ag和ITO组分比一定时, 随周期增加, 可见光透光率曲线相应变宽, 强度降低。当周期数大于4以后, 可见光透光率曲线不再随周期数增加而相应变宽。随着入射角度的提高, 可见光透光率曲线峰值发生蓝移, 宽度相应变宽, 强度相应降低。随着Ag膜层层数的增加, 可见光透光率的共振峰(透射峰)相应增加。MPCs的可见光透光率峰值与反射率的峰谷具有较好的一一对应关系。

本文描述了由不同厚度的ITO 和Ag 层制成的一维金属介质光子带隙材料1D M-D PBG 的光学透射和反射特性。研究发现，单元尺寸小于80 nm 的金属结构和较小的金属分数会导致光学透射率的提高。对于大于80 nm 的单元尺寸，在可见光的低频和高频的频谱范围内反射率都相应增强。这是由于一种特殊结构和等离子体的带隙的作用。此外，在两个范围内的反射随着增加银膜厚度的增加而提高和扩大。结构引起的反射光谱随着单位尺寸的增大而增大，并且由于等离子体光子带隙的反射超出光学范围。研究结果对1D M-D PBG 光学滤波器的设计有一定的参考价值。

采用时域有限差分(FDTD)法,对由银-氧化铟锡(ITO)薄膜构成的一维光子晶体结构在300~800 nm波段范围内的滤波特性进行了研究。仿真研究了金属缺陷层厚度、入射角度和ITO膜厚度等对光子晶体滤波特性的影响。对不同参量下光子晶体结构的色散曲线也进行了仿真计算,并分析了色散机理。结果表明,改变缺陷层的厚度能够调制光子晶体的滤波范围及滤波波形;入射光线小角度范围(0°~20°)内的变化对该光子晶体滤波性能的影响甚微;随着ITO膜厚度的增加,滤波波谱呈周期性变化。

为了得出光子晶体缺陷透射峰位置与溶液折射率及溶液浓度的关系, 从而得知溶液的折射率和溶度之间的关系。本文构造了(AB)NC(AB)N型的一维光子晶体模型, 采用时域有限差分法对该一维光子晶体的透射光谱做了数值模拟和分析。结果表明, 蔗糖溶液折射率和浓度与光子晶体透过峰位置之间为严格的线性关系, 光子晶体缺陷模透射峰位置随溶液浓度百分比的改变而变化。该溶液测量方法的溶液折射率测量灵敏度高达498.087 nm/RIU。 这为光子晶体溶液折射率及浓度测量传感器的设计制作提供了参考, 有助于该溶液浓度检测传感器在实际应用中的推广。

金属网栅和氧化铟锡(ITO)等透明导电膜是实现电磁屏蔽和可视兼容的常用材料，但其屏蔽和可见光透射率受到了很大的限制。通过解决屏蔽、导电与可视性能相互制约的矛盾，可有效提高电磁屏蔽与可视性能的兼容性。为此，报道了一种金属光子晶体透明膜。采用磁控溅射制备了ITO/Ag 为周期的金属光子晶体透明膜，研究了周期结构对样品屏蔽效能、透射率和方阻的影响。研究表明，随着单位周期金属膜厚的增加，可见光600~800 nm 波段透射率降低10%以上，可见光透射光谱变窄。同时400～600 nm 波长范围内透射率并没有随金属膜厚的增加而降低，甚至升高。随着单位周期金属膜厚增加，微波频段的屏蔽效能相应提高，方阻相应降低。实验证实：光子晶体膜的屏蔽效能与光子晶体中总金属膜厚不存在明确的因果关系，而是与“金属-电介质”的纳米周期结构相关。制备了一种屏效高达70 dB，方阻低达2.1 Ω ，透射率大于50%的光子晶体膜。

讨论了折衍光学镜片的设计、加工和检测。结合设计采用单点金刚石车削工艺加工出了具有连续浮雕结构的折衍光学镜片。对加工成的折衍光学镜片采用先进的数字化检测，结果表明，面型精度为0.228 μm，表面粗糙度为1.279 nm，台阶位置误差小于1/3波长。对折衍光学镜片加工中产生的遮挡效应和光的透过率损失给出了定量的分析结果。