基于金属-电介质-金属表面等离子谐振原理的电磁波吸收器, 可以实现多波长及宽波段入射电磁波吸收, 其电磁波敏感波长决定于微纳结构的阵列形式、单元结构尺寸。从材料特性和结构匹配角度讨论了表面等离子电磁波吸收器的吸收机理; 重点介绍不同微纳结构单元及阵列形式的吸收器的发展; 介绍了微纳结构阵列吸收器在选择性热辐射、生物检测以及光电探测方面的应用; 最后探讨了吸收器的谐振频谱可调性、以及提高吸收效率和能量转换等问题。

研究了矩形块微纳结构吸收材料在中远红外波段的光学偏振吸收特性。该吸收材料由金属阵列-电介质层-金属膜组成, 在2.0 μm~5.0 μm波长具有双波长谐振吸收效应, 其理论吸收率大于80%。模拟计算和实验测试表明, 该吸收材料的短波吸收峰值与矩形块长轴方向入射偏振光的3阶谐振响应对应, 而长波吸收峰值与短轴方向基模谐振响应对应。实验制备了矩形阵列光吸收器并测试了它的的光学特性, 结果表明: 该吸收器结构在两个偏振方向的等效磁导率系数满足Lorentz模型, 等效磁导率谱线虚部峰值波长与吸收谐振波长相对应, 表明这种吸收材料的偏振吸收与入射电磁波的磁谐振响应有关。研究结果揭示了微纳结构吸收器的双波长频谱吸收机理, 有助于实现特定波长生物传感器及光电探测器的设计。

尺寸为光波长量级的微纳结构材料与电磁波的相互作用，使得其具有许多特殊的光学性能，金属电介质金属微纳结构具有电磁波完美吸收特性。基于S参数法，研究十字阵列光吸收材料在红外波段的光学特性参数，分析其谐振吸收机理及光学特性参数调谐性。研究结果表明，十字阵列单元尺寸对其等效光学参数具有调谐作用；当材料表面与入射介质之间满足阻抗匹配条件，以及等效折射率系数虚部值足够大时，可以有效提高其吸收率；经过结构优化的十字阵列光吸收材料在红外波段具有大于95%的吸收率，实验样件测试结果大于80%。十字结构臂长和电介质层厚度决定吸收谱特性，而十字结构臂宽仅仅影响吸收谱峰值大小。十字阵列光吸收材料在红外波段的完美吸收及光谱调谐性特点，使其可用于红外探测和光谱成像等领域。

在红外微纳结构吸收材料的研究中，对其等效光学常数的估计有助于理解材料的吸收、反射及辐射特性。常用的方法是依据等效介质理论将微纳结构等效为匀质材料，采用Smith于2002年提出的S参数法进行估计,而该方法没有直接反映微纳结构材料特性及几何结构与等效光学常数之间的关系。采用Drude-Lorentz模型描述红外微纳结构材料吸收性能的色散关系，根据有效电子数浓度理论和等效电路理论，以矩形结构吸收材料为代表，建立了红外微纳结构吸收材料的几何结构参数与Drude-Lorentz模型参数之间的函数关系。该模型建立了微纳材料的结构、材料参数与其光学常数之间的量化关系，为红外微纳结构吸收材料的设计提供了理论依据。

提出了将各向异性湿法腐蚀与各向同性湿法腐蚀相结合的复合工艺，通过控制刻蚀工艺参数进行体硅加工，成功刻蚀了硅基材料三维曲面回转体结构。在各向同性腐蚀过程中，由各向异性刻蚀得到的多面体结构的表面垂直腐蚀速率与刻蚀液浓度呈指数关系，而搅拌使得多面体结构表面峰值与谷底的刻蚀液存在流速差，基于此原理可得到光滑的三维曲面。刻蚀过程中，通过各向异性湿法腐蚀控制结构深度，通过各向同性湿法腐蚀"抛光"结构曲面。最后，采用实验优化湿法腐蚀过程的工艺参数，基于直径为600~1 000 μm的圆形掩模板，在硅材料表面制备得到了高度为100~200 μm的三维曲面回转结构。提出的工艺简单、有效且便于操作，有望用于制作不同曲面形状的三维硅结构及聚合物光学器件模具。

微纳流体光波导融合了微观流体与微光学特征, 能够在相同物理空间实现流体介质和微光学信息功能及结构的集成, 是生物化学分析及生物传感器的关键器件。本文综述了微纳流体光波导研究现状及其在生物传感器和生物化学分析中的应用实例。论述了实现微纳流体光波导的全反射机理、多层干涉效应, 抗谐振反射机理, 以及基于上述机理实现的各种流体波导形式。重点分析了基于微纳流体层流效应的全流体波导, 基于多层干涉效应的Bragg光波导、空心光子晶体波导、狭缝光流体波导、抗谐振反射光波导等多种波导的特点。指出狭缝光流体波导和抗谐振反射光波导具有更好的设计灵活性, 且检测灵敏度高、可靠性好、易于集成制造, 可望在生物传感器及微纳流体光学系统中得到更广泛的应用。