入射光在光栅内传输时将激发产生离散模.本文采用模态法调节光栅内离散模的传输特性，使TE和TM偏振光所激发的0、1模为传输模，其余高阶模为消逝模.通过调控0模和1模间的累积相位差，对衍射光进行调控，实现了－1级近100%的高效衍射.采用模态法分三部设计了共振域的矩形全偏振闪耀光栅：1）根据光栅的共振条件给出光栅周期，光栅周期越大槽深越小；2）根据特征模方程计算出光栅占空比；3）根据耦合模条件计算机光栅槽深.实验结果表明，该光栅的TE和TM偏振光同时具备近100%的－1级衍射效率.给出了633 nm波长－1级矩形石英全偏振闪耀光栅的典型设计实例，计算结果表明：所设计的全偏振闪耀光栅对TE和TM偏振入射光的－1级衍射效率分别高达96.7%和98.1%，且具有较宽的入射角及入射波长的变化适应范围，较大的制作容差.

研究了金属-介质-金属(MDM)型表面等离子体激元(SPP)光波导的电磁特性。 理论计算结果表明,对于633 nm的TM偏振入射光,当介质膜层厚度小于85 nm时,波导中只能激 发产生一阶SPP模(基模),其余高阶模全部截止。随着介质膜厚度增加,高阶SPP模逐渐被激发产生。 当介质膜层厚度较小时, SPP模有效折射率的实部随阶数增加而减小,而虚部则随阶数增加 而增加, SPP基模具有最大传输距离。然而,当MDM波导中的介质层厚度超过0.555 μm时, 由于三阶SPP模的电磁场主要集中在离金属层相对较远的介质层中,其有效折射率的虚部具 有最小值,具有最大的传输距离,而非基模。当入射光波长为633 nm,介质层厚度 为0.9 μm时, Ag/SiO2 /Ag光波导中三阶SPP模的传输距离达到约150 μm。

采用模态法研究了共振域光栅分束器及闪耀光栅等光学器件的设计原理及逆向设计方法, 给出了-1级非偏振闪耀光栅的典型设计示例。研究表明, 自准直角入射时, 光束在光栅内传输将激发产生离散模, 通过调节离散模透过光栅传输时的累积相位差, 可对衍射光进行调控, 实现偏振(非偏振)分束、偏振(非偏振)闪耀等功能。采用严格耦合波法对基于模态法逆向设计的-1级非偏振石英闪耀光栅的几何参数进行验证, 计算结果显示两者非常吻合, 证明了该方法的正确性。

采用模态法分析了矩形亚波长石英闪耀光栅的设计原理，给出了1.06 μm工作波长的矩形亚波长石英闪耀光栅的设计示例。研究表明，要设计性能优良的-1级透射闪耀光栅，应使0/1阶传输模的累积相位差为π的奇数倍。设计的透射闪耀光栅能够使TM偏振光和TE偏振光获得近100%的-1级衍射效率，且具有较大的加工容差，较宽的入射波长和入射角变化适应范围。

Surface plasmon resonance (SPR) is obtained by exciting the surface plasmon (SP) at the metal and dielectric interface, which can greatly enhance the extraordinary optical transmission (EOT) through a nanoslit milled in the metal film. We present a structure with a 50-nm-wide silver nanoslit for EOT by coupling light into the dielectric interlayer between periodic strips and a metal film. When the period of the metallic strips is equal to the wavelength of the SPR, the transmission efficiency of 187.6 through the nanoslit is enhanced. The metallic strip width over the nanoslit is optimized to improve transmission efficiency, and the maximal efficiency of 204.3 is achieved.

设计了一种基于表面等离子体（SP）效应的新型气体传感器及传感系统，该传感器由介质隔层金属光栅（MGS）构成，在气体折射率1.000~1.001的变化范围内，传感器平均折射率检测灵敏度高达3050 nm/RIU，是普通金属光栅型SP气体传感器的两倍多，而共振峰反射率和共振峰半峰全宽（FWHM）值分别为0.25%和4.2 nm。具有高灵敏度、高分辨率、使用安全、便于集成、可实现远程检测的特点，在气体折射率的检测中有重要的应用价值。

在分析傅里叶变换轮廓术中传统的高度与相位关系的基础上，推出了高度与相位的普通关系式，提出了物体高度最佳恢复条件的新理论，给出了简单的物理解释.由此得出结论：物体高度最佳恢复时的几何参量α（双瞳连线与参考面夹角）大小与系统几何结构参量a、b有关.计算机仿真验证了：当a=600 mm、b=3 000 mm时，可得物体高度最佳恢复时的α=arcsin (1/5)，此时所得的标准差为0.269 7；作为对比：当α=0时，所得的标准差为0.295 6.实验验证了：α=arcsin (1/5)时的恢复效果比α=0时的恢复效果更好些.

讨论了用双频光栅方法对包含突变成份的物体产生的变形条纹进行傅里叶变换时，可能会出现频谱混叠问题.推出了低频光栅的频谱f1与高频光栅的频谱f2不相互混叠的条件，分析了探测器非线性会引起同一光栅间频谱发生混叠情况.考虑到通常情况下低频光栅频谱f1与高频光栅频谱f2的混叠起主要作用，因此在该情况下用计算机仿真与实验验证了：当f2<2f1时，f1与f2相互混叠，物体面形难以恢复；当f2>2f1时，f1与f2不相互混叠，物体面形恢复得很好.

将有效介质理论(EMT)和薄膜光学的抗反射设计方法相结合,从理论上分析并设计了650 nm工作波长的亚波长矩形金属偏振分束光栅,给出了分束光栅的最佳设计参数,采用严格耦合波理论(RCWA)模拟计算了光栅的偏振分束特性。研究结果表明,亚波长矩形金属光栅具有形式双折射效应,通过调整占空比,可使光栅层获得介于光栅脊和光栅槽之间的任何大小的有效折射率,克服了光学介质薄膜设计时受膜层材料折射率限制的缺陷;光栅对TE偏振表现为金属膜特性,具有高反射,对TM偏振表现为介质膜特性,具有高透射,在-30°<θ<30°的大入射角范围和470 nm<λ<800 nm的宽入射波谱内,具有优良的偏振分束性能。

针对去噪和非线性效应中滤波的特点,分析了去噪和非线性效应的基本原理,给出了矩形滤波、汉宁滤波和门限滤波的方法及其优缺点,比较了这三种滤波方法对傅里叶变换轮廓术(FTP)测量准确度的影响.计算机仿真表明:对于线性系统中的去噪处理,选用门限滤波效果最佳;对于非线性效应中滤波,选用矩形滤波与汉宁滤波效果较佳.实验中主要表现为非线性效应.结果表明:用矩形滤波,物体面形恢复的最好,用门限滤波,物体面形恢复的最差.计算机仿真和实验结果都表明:矩形滤波与汉宁滤波相比较,用矩形滤波效果更佳.