为了有效地检测混合液体的浓度，运用平面波展开法与光子晶体禁带理论，研究了光子晶体禁带宽度和混合液体浓度的对应关系。以砷化镓(GaAs)为背景材料的三角格子空气孔二维光子晶体内分别填充不同浓度的水醋酸、水甲醇混合液体，讨论了混合液体浓度与介电常数对二维光子晶体禁带宽度的影响。模拟结果表明，在温度保持不变的情况下，浓度在0~0.60mol/kg之间变化时二维光子晶体TE模没出现光子晶体禁带而TM模出现的光子晶体禁带宽度随着混合液体浓度和介电常数的增大而逐渐变窄且向高频区域移动。这一结果为生物化学中混合液体浓度的检测方面提供很好的参考依据。

为了掌握光子晶体空气孔中液体质量分数对禁带宽度的影响,利用平面波展开法研究了由椭圆形空气孔介质周期性排列的长方晶格光子晶体在不同偏振模式下的禁带宽度。数值模拟显示:溶液的质量分数变化与光子晶体带隙宽度或输出功率变化接近线性关系,而线性相关程度受填充空气孔内液体质量分数的影响。进行了多组参数比对与优化,最终获得了线性度最高的禁带宽度和输出功率与溶液质量分数的对应关系。基于这个对应关系,提出了基于光子晶体带隙宽度测量的溶液质量分数检测方法。该方法可被应用于各蛋白质聚集探测、快速检测气体或液体质量分数、DNA检测等领域。

为了提出测定果糖质量分数的新方案，采用光子晶体平面波展开法进行了理论分析和数值模拟。通过研究以硅半导体材料为背景介质周期性排列空气孔圆柱构成的光子晶体，分别取得了正方晶格和三角晶格的空气孔结构光子晶体的TE模、TM模禁带结构特性。结果表明，在高频率区域,2维正方晶格或三角晶格结构各向同性光子晶体的光子带隙随待测质量分数不同是单调变化的; 同时，晶格结构对光子带隙有一定的影响，不论是在正方结构还是三角结构光子晶体中，TE模带隙都比TM模大得多。这对质量分数测量和高血糖患者的临床应用有一定的指导作用。

为了理解超强激光与等离子体相互作用中产生的自生磁场形成机制和电子热传导特性,采用相对论电磁粒子模拟程序, 估算了不同激光功率密度下, 在等离子体表面所形成的电磁不稳定性产生的自生磁场大小和空间分布, 得到了超热电子和经典Spitzer-Harm理论描述的电子热流随激光功率密度的演化情形。结果表明,非Maxwell速度分布的等离子体,由于电子初始时刻的无规则热运动,在等离子体上激发电磁不稳定性, 而不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量, 同时对在激光有质动力推开电子时形成的超热电子能量输运产生抑制作用。这一研究结果对更好理解惯性约束核聚变“快点火”过程中自生磁场的产生、电子热传导等方面有帮助的。

为了研究正弦三角激光脉冲和低密度的等离子体相互作用时加速正电子的运动, 采用数值模拟方法进行了数值计算, 得到了被加速正电子的动能。结果表明, 由于正弦三角激光脉冲激发产生的Raman散射原因, 使得被尾场捕获的正电子数增多及相应的初速度增大; 非对称正弦三角脉冲的前沿比对称正弦三角脉冲更陡, 具有更强的有质动力势, 能够产生更强的尾场, 因此非对称正弦三角激光脉冲比对称激光脉冲驱动尾场中正电子的能量高。该研究结果说明,非对称正弦三角激光脉冲能够有效地提高正电子的加速效果。

为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速电子的动力学, 采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的电子的运动相图、密度分布及势能。结果表明, 非对称激光脉冲驱动尾场中电子得到很高的能量。在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中, 为了有效地加速电子, 要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度。

利用相对论电磁粒子模拟程序研究了超强激光与等离子体相互作用过程中产生的自生磁场和电子热输运特性。讨论了自生磁场产生机制和非线性饱和过程。给出了自生磁场的线性增长率和各向异性参数之间的函数关系，用Spitzer-Harm理论分析了电子热传导中能量的运输情况，观察到由激光的非等方加热引起的电子纵向加热现象。细致研究这些过程对更好的理解快点火物理中自生磁场的产生、超热电子热输运等过程有重要意义。

为了研究在激光驱动的尾场中被加速正电子的动能，采用数值模拟方法，得到了非对称sine脉冲、flat-top脉冲和Gaussian脉冲驱动的尾场中被加速的正电子的能量。结果表明,非对称sine脉冲驱动尾场中正电子得到的能量比flat-top脉冲和Gaussian脉冲驱动尾场中得到的能量高一些。

为了研究在激光驱动的尾场中被加速正电子的动能，采用数值模拟方法，得到了在对称高斯脉冲和非对称高斯脉冲驱动的尾波场中被加速的正电子的能量。结果表明，非对称高斯脉冲驱动尾场中的正电子的能量比对称高斯脉冲驱动尾场中的正电子的能量高。