提出一种偏振不敏感且高选择性的新型纳米结构颜色滤波器。当平面光入射到超材料表面时，金属与介质交界处会发生表面等离子体共振和光学异常透射现象，部分频率的光被束缚在微纳结构中，而其他频率的光发生透射，从而实现滤色效果。采用时域有限差分法，对4种不同结构的滤波器的透射光谱和颜色显示规律进行研究。同时，还研究了结构周期、圆环直径、十字架宽度和偏振角等参数对透射光谱和滤波特性的影响。结果表明：与单层表面等离子结构相比，所提双层等离子体亚表面结构模型的透射率更高；在可见光波段内，该滤波器具有偏振不敏感特性，半峰全宽的最小值为23.26 nm，并且具有90.5%的高透射率。这项研究为下一代颜色滤波器的设计提供了理论参考。

圆二色性（CD）通常用来表征手性响应强度，在手性检测领域极具应用前景。本文提出了一种金衬底上对称性破缺的全介质二聚体混合结构，可在721.1 nm波段处产生高达0.42的强CD，并且CD谱具有极窄的线宽，仅为0.16 nm。通过琼斯矩阵对该结构进行了理论分析，采用时域有限差分（FDTD）法进行建模与仿真，研究结果表明，通过改变介质二聚体的尺寸大小或椭圆柱介质的旋转角（θ）和两个介质体的相对位置（G）等参数可以对结构的CD响应进行相应的优化。并且通过电场分析发现，圆偏振光激发了二聚体的表面晶格共振（SLR），导致其CD谱具有高品质因子（Q）特性。基于此结构传感的灵敏度为718.3 nm/RIU（灵敏度单位），Q值可高达4489.4。此外，该手性结构的周期单元可以实现数字成像功能，不同偏振光下具有不同的成像信号。高Q 值CD的研究结果为高性能的手性传感及光学成像的研究奠定了一定的理论基础。

基于法诺(Fano)共振传感特性, 提出了一种金属-介质-金属(MIM)波导耦合矩形腔结构, 目的是为了实现高灵敏度、高可靠性的折射率传感检测。通过耦合模理论和有限元数值模拟仿真, 分析了矩形腔中有无内嵌金属板两种结构的Fano透射光谱特征, 并且进一步优化了矩形腔内嵌金属板结构参数, 最后阐明了结构参数对其传感特性的内在影响。结果表明, 当入射光以TM模式入射到矩形谐振腔时, 会形成两个Fano模式共振峰: 第一种模式的品质因数(FOM)达9.4×104, 灵敏度为700nm/RIU; 第二种模式的FOM达8.4×103, 灵敏度为1200nm/RIU。研究结果表明此结构设计实现了双Fano峰检测, 同时各个模式品质因数都很高, 这为高性能微纳光学折射率传感器的设计提供了一定的理论参考依据。

设计了一种新型的全介质圆环-纳米棒结构颜色滤波器。全介质圆环-纳米棒阵列结构与入射光的相互作用激发米氏共振，其在可见光波段展现出较强的反射特性，从而实现不同颜色的宽色域。采用时域有限差分法对纳米棒、纳米环、硅圆环-纳米棒三种不同结构滤波器的反射光谱及其颜色显示规律进行比较。同时研究纳米棒直径、圆环直径、高度和周期等主要参数对反射光谱及颜色特性的影响。结果表明：所设计的全介质圆环-纳米棒结构的滤波器在特定光波段的反射特性得到极大的提升；经优化后的颜色滤波器在可见光范围内的反射率达到70%以上，通过改变纳米棒直径可实现宽色域颜色滤波特性，其色域面积高达0.115。该研究为下一代颜色滤波器的设计提供理论依据。

设计了一种新颖的石墨烯-金属纳米线阵列结构等离子体D型光纤传感器。在纤芯上利用石墨烯与金属纳米线产生的局域表面等离子体共振（LSPR）特性，达到提高折射率灵敏度的效果。采用全矢量有限元法对该结构等离子体模和纤芯模的色散关系进行分析，同时研究金属传感层厚度和金纳米线直径对传感器性能的影响，最后对三种不同结构（金膜结构、石墨烯-金膜-石墨烯结构、石墨烯-金属纳米线阵列结构）传感器的灵敏度进行比较。结果表明，采用优化后的结构参数，可使所设计的基于石墨烯-金属纳米线阵列结构的传感器灵敏度得到极大的提升。折射率为1.33~1.40时，所设计结构的最高灵敏度为7383.79 nm/RIU，平均灵敏度为4136.00 nm/RIU。该研究结果为下一代等离子体光纤传感器设计提供了理论依据。

设计了一种基于矩形金属块阵列结构的等离子体颜色滤波器，该器件结合表面等离子体共振效应与平板波导的导波特性，利用非对称矩形金属块周期性阵列结构对入射光偏振敏感的特点，在可见光波段实现对透射谱的动态调控。采用时域有限差分法研究了阵列周期、填充因子、电介质层与金属层厚度、入射光偏振角等参数对透射谱及其滤色特性的影响。结果表明，通过改变矩形金属块阵列周期参数可静态调控透射谱；矩形金属块阵列周期不对称时，通过改变入射光偏振角可对透射谱进行动态调控。通过调节结构参数，得到滤波器在可见光范围内的透射率可高达75%，且可同步实现对滤出颜色的静态和动态调控。该研究为下一代颜色可调谐等离子体颜色滤波器的设计提供理论依据。

基于多模干涉理论和自映像效应, 设计了一种高灵敏度多模干涉-异质无芯(SNS)光纤折射率传感器。利用纤芯失配在包层激发的高阶模与无芯光纤中产生的基模耦合产生多模干涉来实现其对折射率的传感测量。应用波束传播法(BPM)数值模拟了传感器在不同折射率条件下光的透射谱, 讨论了无芯光纤的长度及外部环境折射率等参数对传感器性能的影响。通过无芯光纤SNS结构传感器的样品制备, 测试了多组不同浓度蔗糖溶液下的透射谱, 实验结果与数值模拟结果一致。结果表明：在折射率1.330~1.419范围内, 透射谷的波长灵敏度达到189nm/RIU, 透射率灵敏度达到-40%/RIU。

采用有限元方法设计了一种基于金属-电介质-金属(MIM)的内嵌对称扇形金属块的纳米圆形谐振腔滤波器。研究发现,通过改变扇形共振角度、圆形谐振腔半径、耦合距离、共振腔内的介质折射率等主要参数可有效调节该结构的透射特性。该滤波器同时出现两个显著的共振峰,透射率最高可达76%,品质因子最高可达40,能高效实现可调谐双通道带通滤波功能。对结构参量进行调整和优化,相应的谐振波长可分布在近红外波段光纤通信的850 nm和1310 nm通信窗口。该结构为设计光通信领域下一代高性能微纳等离子体滤波器提供了重要的理论依据。

设计了一种新颖的D型对称双芯光子晶体光纤表面等离子体共振折射率传感器。利用该结构中双芯与金属传感层界面处产生的表面等离子体共振效应,结合不同的金属传感层,在可见光与近红外波段获得显著的双谐振峰现象。采用有限元法分析了双谐振峰的相互独立性,研究了该结构中空气孔间距、直径和金属传感层厚度、纳米柱半径及纳米柱间距对双峰的影响。结果表明,在优化结构参数后,双峰谐振使得传感器具有良好的传感性能,在折射率为1.32~1.43内,与双峰对应的平均灵敏度分别高达6209.09 nm/RIU和8390.91 nm/RIU,品质因数分别大于19.64 RIU -1和27.06 RIU -1。该研究结果为光子晶体光纤表面等离子体生物传感器的设计提供了理论参考。

提出了一种新型的方形腔耦合金属波导结构, 该结构由两个相互平行的矩形金属波导和一个内嵌可连通的方形谐振腔构成。利用方形谐振腔局域表面等离子体实现带阻滤波特性, 并通过多路复用实现双端口全光等离子体开关。采用时域有限差分方法（FDTD）研究了方形腔的边长、折射率和谐振距离对强透射特性的影响。结果表明, 基于方形腔耦合金属波导结构的光开关在工作中具有较好的阻带特性和透射特性, 其最大透射率可达92%, 最小阻带透射率达0.2%, 工作波长范围为607~785nm。