设计了一种基于摆率增强的快速瞬态响应无片外电容LDO电路。其中, 误差放大器采用电流镜跨导结构, 降低了频率补偿的难度系数; 设计了一种可以为功率管栅极提供额外充放电电流的瞬态提升电路(TEC), 能快速响应负载的变化, 增大摆率, 有效提升了负载瞬态响应。仿真结果表明, 电路仅使用简单的密勒密勒补偿, 即可实现相位裕度在全负载范围内大于60°; 在0.5 μs的时间内, 负载在100 μA和100 mA之间发生跳变, 电路的下冲电压和过冲电压分别是69 mV和64 mV, 稳定时间分别是0.89 μs和0.86 μs。相较无TEC, 本文电路的下冲/过冲电压分别衰减73%和78%, 负载瞬态响应显著提升。

提出了一种由亚波长硅粒子组成的全介质超表面，在硅粒子中引入适当的缺陷从而破坏结构的对称性，进而使超表面能够激发出陷波模态.将石墨烯与全介质超表面相结合进行DNA和RNA等核酸物质传感检测，对比透射光谱中的谐振模式，发现所设计的超表面能够灵敏的感知周围环境的微弱变化，其在传感检测时的灵敏度可以达到173 nm/RIU，相应的品质因数可达14 416 RIU^-1，具有优异的生物传感性能.全介质超表面是实现超灵敏生物传感检测的一种有效的途径.

为获得高衍射效率、高消光比、宽带宽及大角度容差的光栅结构, 提出了一种在近红外波长区域工作的倒梯形双层金属光栅结构的偏振分束器。该结构引入了一层高折射率介质层, 并且将光栅区的光刻胶斜切成倒梯形结构, 新的设计增大了光栅的透射效率和消光比。使用严格耦合波分析方法, 模拟和优化了偏振分束器的结构参数。结果表明, 横磁波及横电波在1 290~1 840 nm波长范围内的透射效率和反射效率分别超过97％和95%。透射和反射的最大消光比分别为33 dB和53 dB。在波长为1 550 nm, 入射角为-40°~40°时, 光栅的透射和反射消光比都大于22 dB, 达到了高性能偏振分束器的要求。相较于双层金属矩形光栅, 所提出的倒梯形双层金属结构表现出更高的透射性与反射性, 同时具有更好的设计灵活性。

基于拉普拉斯变换的电流密度卷积技术(LTJEC), 构造了时变磁化等离子体的新型时域有限差分方法(LTJEC-FDTD)。借助于高斯脉冲在磁化等离子体中的传播实例, 验证了LTJEC-FDTD算法的准确性及高效性。进一步, 研究了Whistler波在一维时变磁化等离子体中的具体传播特性。结果表明, 当离子体频率随时间指数衰减后, 输出波的频率上升、极化方式不变, 而电场增强、磁场减弱。同时, 通过优化磁化等离子体参数, 可进一步提高Whistler波的输出频率, 获得了频率为300 GHz的圆极化太赫兹波。研究结果可为利用磁化等离子体产生太赫兹波源提供相关的技术支持。

设计了一种高折射率基底的椭圆表面等离子体波导,基于有限元法对此波导支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度、 有效面积与几何参数、结构之间的关系进行了分析。能流密度分布表明能量主要集中分布在两个金属椭圆柱之间的中心区域,在金属与锗基底、基底与基底之间 也存在能量。通过调节两个椭圆的中心距离及其两个半轴的大小,可以实现此波导模式传输特性的分析。工作波长确定时有效折射率随中心距的增大而减小, 而传播长度增大。

基于辅助微分方程的时域有限差分法对太赫兹波在时变等离子体中的麦克斯韦方程进行推导, 利用本构关系建立了含有尘埃颗粒的时变等离子体模型, 模拟了随时间变化的尘埃等离子体鞘的吸收系数, 反射系数和传输系数.数值计算结果表明: 电子密度的增长速度受上升时间的影响,导致等离子板的反射系数随上升时间的增加而减小.吸收系数的增加与减少上升时间和频率、增加电子密度和尘埃粒子密度有关; 等离子板的厚度、尘埃粒子密度, 电子密度与吸收系数成正比, 当波的工作频率高达1 500 GHz时, 只有电子密度小于1020 m－3才可以通过等离子板, 等离子板的反射系数几乎不受碰撞频率小于3.5×1011 rad/s的影响.

为了克服时域有限差分算法中卷积完全匹配层对消逝波吸收效果差的缺点，提出一种在卷积完全匹配层后添加特殊吸收层的方法.在不增加物体与吸收层内层距离的情况下,通过调节特殊吸收层中两个衰减因子,使其为常数,并令吸收因子逐层从1增加到10，来增强吸收层对消逝波的吸收性能.平面波垂直入射到单层光子晶体的算例表明，添加了特殊吸收层的吸收边界在与散射体相距5个网格的情况下仍能够保持计算结果收敛, 而传统的吸收边界则需要相距80个网格才能保证结果收敛，说明该方法提高了对消逝波的吸收性能.进一步在结构中采用此吸收边界来计算多层光子晶体的传输特性曲线,并将其与常规方法计算所得结果做比较，两种结果吻合较好.数值算例验证了该方法的有效性和正确性.

研究原子在金属结构中的自发辐射时引入单层石墨烯薄膜, 利用石墨烯特殊的光电特性来调控原子的自发辐射率.推导了局态密度与自发辐射率的格林函数表示形式, 并结合频域有限差分方法进行了数值模拟.分析结果表明: 随着化学势的增大, 自发辐射波峰出现蓝移现象, 且自发辐射率波峰得到增强, 理论上实现了原子自发辐射率峰值位置与幅度的调制.研究结果可以为新型纳米器件及光电子设备的制造和优化提供参考.

为了有效研究液晶环境对金属纳米结构表面等离子体的调制作用, 基于时域有限差分方法, 对液晶环境下金纳米柱结构进行了建模, 上下边界采用完全吸收边界条件, 四周为周期边界条件.数值模拟了液晶厚度、倾角、光栅距离以及周期结构等参数对金纳米柱的消光特性的调制作用.分析结果表明：随着液晶光轴角度增加, 谐振波长出现红移现象, 且调制范围为40nm; 光栅距离越大, 金纳米柱之间的相互作用越弱, 谐振波长越小; 增加周期长度, 谐振波长红移, 且随着周期长度增加, 次峰作用越明显.利用液晶光学性质可调节金属纳米结构的表面等离子体特性, 结果对液晶环境中表面等离子体结构在新的光子器件等方面的研究提供了理论依据.

利用格林函数推导出金属纳米结构电子能量损失谱的计算公式，基于时域有限差分方法对几种典型的结构进行建模仿真，数值模拟运动电荷和结构的距离、液晶环境材料对电子能量损失谱的调节作用.仿真结果表明: 当增加电子与纳米结构的距离时，电子能量损失谱谱峰降低; 当添加液晶材料或各向同性衬底材料时，电子能量损失谱的峰值发生明显红移，但液晶的光轴倾角改变对峰值的调制作用有限.通过计算电子能量损失谱研究金属纳米结构表面等离子激元共振特性，为高度复杂的等离子体激元纳米结构的设计提供了理论基础.