设计了一种由圆形硅纳米线和涂覆石墨烯的三角形纳米线组成的混合等离激元波导结构，采用有限元方法研究了该波导中的基模场分布和亚波长传输特性。利用硅纳米线波导周围的倏逝波与石墨烯的耦合，大幅提升了等离激元波导的亚波长传输性能。研究结果表明，三角形顶角大小、间隙距离、石墨烯费米能级等对模式的传输特性有很大影响。所设计的波导结构具有强光场局域、低损耗传播和高品质因数等优点。与同类型结构相比，所设计的波导综合性能更优，有望应用于波导集成型等离激元光器件中，如调制器、纳米激光器等。

对比研究了石墨烯包裹的纳米线与金属包裹的纳米线亚波长传输特性。针对单线和双线两个结构，采用有限元方法研究了不同频率和尺寸下最低阶模式的场分布和传输特性。结果表明，当金属层厚度大于其趋肤深度时，石墨烯包裹的纳米线的基模光场约束性能更好；当金属层厚度远小于趋肤深度时，金属包裹的纳米线和石墨烯包裹的纳米线亚波长传输性能相当。相关研究结果可为等离激元材料的选择提供参考，在亚波长光子器件领域有潜在的应用价值。

提出一种由硅-绝缘体（SOI）结构与涂覆石墨烯层的纳米线（GCNW）构成的低损耗波导结构，采用有限元方法详细研究波导结构中石墨烯等离激元基模传输特性对频率、几何参数、材料参数以及石墨烯化学势的依赖关系。仿真结果表明，该波导中低折射率的SiO2介质层可实现高性能的深度亚波长光约束。得益于低折射率的SiO2介质层和SOI衬底以及石墨烯层的高折射率对比度，可获得极小模场面积的低损耗等离激元模式。所提出的波导结构为高性能和深度亚波长可调谐集成光子器件的设计提供一定的参考。

针对涂覆石墨烯层的圆形纳米线结构中模式场约束特性较差,以及难以与常用的线偏光源进行耦合,提出两种涂覆石墨烯层的双椭圆形纳米线等离激元波导,并采用有限元方法详细研究该结构中的石墨烯等离激元模式特性对几何参数和物理参数的依赖关系。仿真结果表明,双椭圆形纳米线的排列方向、纳米线间距、椭圆长短轴的比值和石墨烯化学势对等离激元模式传输性能有显著影响。所提的涂覆石墨烯层的双椭圆形纳米线结构能够实现长距离传输和亚波长约束,并在可调谐纳米光子器件和红外传感等领域具有潜在的应用价值。

提出一种基于硅衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线等离激元波导,并采用有限元方法详细研究了基模传输特性及其与几何参数、物理参数的关系。结果表明:间隙区域大小、顶角角度、圆角半径和石墨烯化学势对模式传输特性有很大影响。通过优化设计,该波导结构可以实现石墨烯等离激元的深度亚波长传输,传播距离可达10 μm,同时归一化模式场面积仅约为10 ^-6。该石墨烯表面等离激元波导为可调谐纳米光子器件的设计提供了一定的参考。

针对红外波段下海面偏振特性建模的问题，在双向反射分布函数的基础上，建立了海面微面元的偏振双向反射分布函数模型。综合考虑了海面的自发辐射效应和反射效应对探测器接收辐射的 影响，提出了一种新的海面红外偏振特性表征模型。利用Elfouhaily海浪谱和快速傅里叶变换计算了海面的高度场信息和斜率信息。数值计算了不同观测天顶角和不同风速下海面自发辐射的线性偏 振度，以及不同入射天顶角下海面反射辐射的线性偏振度，仿真生成了海面和舰船的红外偏振图像。仿真数据与文献数据的对比分析表明，本文所建立的红外偏振特性模型适用于分析海面的红外偏 振特性。与传统的红外强度图像相比，红外偏振图像可以提供更多关于海面的细节信息。同时，目标与海面的偏振特征差异更明显，对比度更高。所提出的海面红外偏振特性表征模型对海上目标的 探测识别应用具有重要的意义。

提出一种由石墨烯包裹的纳米线和石墨烯层构成的石墨烯间隙波导结构,并采用有限元方法对基模传输特性及其与结构参数、材料参数等的关系进行了详细研究。结果表明:纳米线半径、间隙距离、纳米线介电常数和石墨烯化学势均对模式传输特性有很大影响。通过优化参数,这种结构可以同时实现石墨烯等离激元的长距离传输和模场的深度亚波长约束。采用石墨烯等离激元实现中红外波的深亚波长传输为突破衍射极限光子器件的设计及高密度集成提供了理论基础和指导。

为了在理论和实际中研制能够产生高效平坦宽带中红外超连续谱的光纤, 文章提出一种以三硒化二砷(As2Se3)为背景材料的微结构光纤,利用非线性薛定谔方程计算模拟了光纤的结构参数对色散、耗损与非线性特性的影响, 选取优化结构参数实现高非线性色散平坦全正常色散。采用该结构光纤对中超短脉冲的展宽机制进行分析, 研究了光纤长度、泵浦中心波长、峰值功率以及泵浦宽度等参数对超连续谱生成的影响, 并通过此光纤实现平坦中红外超连续谱的输出。搭建了实验平台, 选取优化的光纤长度和泵浦参数检测了飞秒激光脉冲在As2Se3微结构光纤中的传输过程和输出谱, 实验结果表明, 采用该结构光纤能够生成波长展宽为3~6 μm的高效平坦宽带中红外超连续谱, 此连续谱可应用在物质探测、生物化学、食品检测和环境分析等领域。

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。

考虑到植被可见光-近红外的光谱吸收特征与光合有效辐射吸收率(fraction of absorbed photosynthetically active radiation, FAPAR)有很好的关联, 综合“高光谱曲线特征吸收峰自动识别法”与“光谱吸收特征参量化法”, 提取对FAPAR敏感的高光谱吸收特征参数, 借鉴可见光-近红外植被指数的数学形式, 尝试用优化组合后的可见光-近红外光谱吸收特征参数替代光谱反射率, 构建新型植被指数估算植被FAPAR, 并利用2014年和2015年内蒙古自治区中部与东部地区天然草地典型群落冠层实测光谱数据进行FAPAR估算建模与验证。 结果表明: 新型植被指数“SAI-VI”不仅有效提高了单个光谱吸收特征参数在高、 低覆盖区域估算FAPAR的精度, 而且相比五种与FAPAR有较好相关性的具有不同作用类型的可见光-近红外植被指数, 其与FAPAR值的相关性更高（存在最大相关系数=0.801）, 以其为变量的指数模型预测FAPAR精度更高且稳定性较好（建模与检验的判定系数均最高且超过0.75, 标准误差与平均误差系数也相应最小）。 研究表明: 融入可见光-近红外高光谱吸收特征的新型植被指数“SAI-VI”, 强化了可见光波段与近红外波段光谱吸收特征的差别, 相较单一光谱吸收特征参数, 在降低土壤背景影响的同时增强了对FAPAR变化的敏感度。 同时, “SAI-VI”有效综合了对植被FAPAR敏感的光谱吸收特征信息, 相较原始光谱反射率, 能表达植被光合有效辐射吸收特征的更多细节信息, 可作为植被冠层FAPAR反演的新参数, 一定程度上弥补当前植被指数法估算FAPAR的不足。