介绍并分析了一种新型的电介质基底, 旨在提升微波加热的温度分布均匀性。该基底为非轴对称结构, 由 FR-4环氧玻璃纤维板与氧化铝制成, 其几何参数的选定是以降低球形介质样品的平均温升变异系数为目的。为探究电介质基底对微波加热均匀性的影响, 采用球形马铃薯为研究对象, 利用 COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件模拟微波加热过程, 并计算马铃薯的平均温升变异系数。仿真结果表明: 相比于不加载基底直接加热, 加载电介质基底加热的马铃薯样品的平均温升变异系数降低了 40%以上。最后, 进行实验测试验证计算的有效性, 实验结果表明: 实验测试与仿真计算结果一致, 温度上升曲线吻合较好, 使用该电介质基底可以有效改善微波加热的均匀性。

本文设计了一种非对称金属十字单元结构, 该结构由沉积于石英基底上的两个相互垂直共面金条构成。传统的金属十字结构中常用的LC谐振和偶极子谐振的辐射损耗较大, 限制了超表面传感器实现高品质因子和高透射率, 故通过打破传统金属十字结构的对称性, 引入类Fano共振效应, 从而使得透射峰灵敏度达到了218 GHz/RIU, 传感器的品质因子达到了78.3。通过分析该超表面的电场和表面电流分布, 探究了Fano共振效应的物理机制, 并进一步研究太赫兹传感器的结构参数对透过谱的影响, 通过调整结构参数优化该传感器的传感性能。最后, 设计了具有不同共振频率的非对称金属十字太赫兹传感器以便后续用于不同种类的微量氨基酸溶液的检测。

针对低频声波的衰减问题，设计了一种大尺寸月牙盘非对称薄膜型声学超材料结构，利用有限元法计算了其传输损失和位移场。其结构尺寸可达 100 mm，隔声频率降低至 10 Hz，并在 10~500 Hz 的低频范围内展现出良好的隔声性能。与对称型薄膜声学超材料结构的隔声频带和隔声量相比，通过在单胞中引入不对称性，使得结构的低频隔声频带拓宽了 23 Hz。通过模态分析发现，不对称性使薄膜声学超材料产生更多的振动耦合模式，Lorentz 共振与 Fano 共振的同时存在提升了月牙盘型非对称结构的隔声性能。同时，薄膜和质量块的尺寸与偏心量等参数变化可进一步优化隔声效果，为声屏障低频隔声效果的提升在结构优化设计方面提供了一种解决思路。

采用非对称立体结构, 利用其表面在微米尺度范围上存在的表面曲率变化及其各向异性的梯度特征, 作用于喷墨打印在结构上方的TIPS-并五苯前驱体溶液表面, 形成不对称的液体表面张力分布, 从而驱动有机半导体发生取向生长。基于这种非对称立体结构制备了有机薄膜晶体管(OTFT)阵列, 其平均迁移率提升了近40%, 同时迁移率的变异系数由68%减小到39%。

在半导体微纳工艺基础上研究了基于镜像非对称结构超材料太赫兹(THz)滤波器的性能。通过时域有限差分理论，模拟分析了滤波器工作频率下太赫兹电场强度和电流密度在微结构的分布，并阐述了微结构太赫兹波电磁共振的机理。基于太赫兹滤波器电磁损耗机制和微纳加工工艺条件，设计并优化器件开口环结构，使相邻开口环中产生电磁场的干涉相消，减少太赫兹辐射损耗，提高品质因子Q 值。采用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测试了滤波器的太赫兹透射特性，实验结果表明，在工作频率0.923 THz 下，镜像非对称结构的平面太赫兹滤波器品质因子达到12.5。同时，研究了太赫兹电场方向对滤波器性能的影响。高Q 太赫兹滤波器的研制为制备高速太赫兹电调制器等太赫兹器件提供了重要的实验依据。

为改善940 nm大功率InGaAs/GaAs半导体激光器输出特性，通过模拟计算了非对称波导层及限制层结构的光场分布，并参照模拟制作了非对称结构半导体激光器器件。采用低压金属有机物气相沉积（LP-MOCVD）生长技术，获得了低内吸收系数的高质量外延材料，通过实验数据计算得到激光器材料内吸收系数仅为0.44 mm-1。进而通过管芯工艺制作了条宽100 μm、腔长2000 μm的940 nm半导体激光器器件。25 ℃室温10 A直流连续（CW）测试镀膜后器件阈值电流251 mA，斜率效率1.22 W/A，最大输出功率达到9.6 W，最大光电转化效率超过70%。