为了研究基于旋磁材料一维光子晶体的传输属性，在麦克斯韦方程的基础上，利用磁性材料的相对磁导率张量，结合电磁场边界条件，推导出适合旋磁材料一维层状结构的传输矩阵计算公式。该公式没有经过任何理论近似，是一种精确算法，适合任何含旋磁材料一维光子晶体结构。

为了实现电磁波单向吸收，设计含磁性材料和金属材料的一维光子晶体。用修正的特征矩阵法研究它的传输特性。在磁光材料与金属界面激发磁表面等离子体共振并产生耦合的条件下, 该结构出现近似完美的非互易吸收。对于特定波长409.725 nm，从左边以+45°入射的电磁波被完全吸收，而从右侧反方向以-45°入射时，电磁波被完全反射，没有任何传输和吸收。计算结果用基于有限元方法的仿真实验进行了验证。

为了实现光的非互易性传输，在一维光子晶体中插入两个非对称的金属磁性材料缺陷层。插入的金属磁性材料在光子晶体中形成了不对称的磁性微腔。运用适用于磁光材料的传输矩阵方法研究结构的传输特性。由于金属磁性材料破坏时间反转对称，同时非对称微腔结构打破了空间反转对称，使得结构产生了非互易性的传输。随着入射角度的增大，非互易通道的间距也不断增加，并在50°时达到最大值，然后逐渐减小。当外加磁场增大时，非互易通道的间距也随之不断增大并且在某一特定值时达到最大值。最终的结果采用基于有限元法的电磁场仿真软件进行仿真验证。

为了解决利用传统传输矩阵法计算在各向异性材料结构中任意极化态电磁波传播遇到的困难, 设计含磁光材料缺陷层的1维光子晶体。通过把入射电磁波按左旋圆偏振和右旋圆偏振进行正交分解的方法, 推导出适合各向异性材料和任意极化态入射电磁波的传输矩阵算法。结果表明, 该算法可以确定1维层状结构透射波和反射波偏振态的变化。

为研究多物理参数（耦合系数、电子热导率、电子热容、晶格热容）同时随温度变化对短脉冲激光辐照金属材料产生温度场分布的影响，基于双温耦合理论，建立了短脉冲激光辐照金属材料金的加热过程的有限元求解模型。在同时考虑脉冲激光的空间、时间分布和多参数同时随温度变化的情况下，得到短脉冲激光辐照金属材料金激励产生的温度场二维瞬态分布，并进一步比较了多物理参数同时随温度变化和采用室温物理参数两种情况下温度场分布的区别。数值结果表明：多物理参数同时随温度变化使电子温度和晶格温度的上升变快，最大值变大，而且使得材料中激光穿透直接辐照到的区域温度变高。

在分析了网格大小和时间步长这两个重要参数和求解稳定性的基础上，采用有限元方法建立了透明薄膜／基底系统的热传导方程和热弹性方程的有限元模型。考虑了薄膜和基底的物理参数随温度的变化，得到了激光照射透明薄膜／基底系统温度场空间分布，由此计算出由热弹效应激发的超声对心波形。结果表明，透明薄膜厚度的增加，会影响到激光激发的对心超声波形；当薄膜厚度增大时，对心超声波形中的双极脉冲波形振幅变大，波形宽度加大。该方法为透明薄膜／基底系统的定量检测和无损评价提供了理论依据。

根据激光脉冲的时间分布、空间分布及材料物理参数与激光超声波形特征的关系,采用有限元方法(FEM)建立了激光超声的热弹有限元数值模型,得到了金属和非金属材料中的温度场分布,将温度场作为超声力源进而得到热弹激发的超声对心波形。根据对心波形,分析了前驱小波的成因和规律。结果表明,金属材料中由于热扩散效应在金属表面附近激发出一个位于表面的力源；非金属材料由于同时存在光学穿透效应,在材料表面层下形成一个有一定深度的体力源。激光辐照导致金属材料中加热区域急速膨胀进而产生垂直于表面方向的应力,而非金属材料该垂直表面方向的应力作用于材料表面下方一定深度处。因此金属材料中前驱小波为单极波形,而在非金属材料中表现为双极波形。前驱小波波形的特征反映了材料的物理性质和参数。该研究为利用前驱小波进行材料的定量检测和无损评价提供了依据。