通过传输矩阵法, 理论研究了损耗型单负材料双层结构在不同入射角时的反射率和偏振度。结果表明, 损耗型单负材料双层结构不同于常规介电材料, 随着入射角的增大, p分量反射率比s分量的反射率大。随着损耗(电损耗和磁损耗)的增大, p波的反射率和s波的反射率差异减小, 直到重合, 偏振度变为0。对于损耗型单负材料双层结构, 当MNG层厚度增大时, 偏振度变化幅度减小; 而当ENG层厚度增大时, 偏振度变化幅度增大。

通过传输矩阵法，研究了由单负材料组成的一维光子晶体的反射相特性。结果表明，零有效相位带隙中的反射相值受入射角、偏振模式和厚度比率的影响，而与晶格比例无关。这些特性的研究为制作光子晶体相位补偿器和色散补偿器提供理论依据。

通过传输矩阵法, 对负介电常数材料和负磁导率材料组成一维光子晶体的多量子阱结构的共振隧穿特性进行了研究。结果表明, 该结构中存在不受入射角和偏振模式影响的全方向共振隧穿模, 其数量可以通过调节结构周期数来实现。共振峰的品质因子可以由外部障碍光子晶体的厚度比例调整。在研究单负材料损耗时, 发现电损耗对低频处共振模影响大, 而磁损耗对高频和低频处都有较大影响。

应用传输矩阵法研究了以三层单负材料组成周期单元的异质结构光子晶体(ABA)M (CDC)N(ABA)M(CDC)N的光子禁带，相比于由两层单负材料构成的光子晶体(AB)M，具有更狭窄 的通带，对结构周期数和入射角同样是不敏感。研究还发现，平均介电常数和平均磁导率均为零的 该异质结构，其能带宽度随晶格常数的增大而逐渐变窄，这一特性可以用来设计单通道滤波器件， 同时由于电磁波有效波矢量为零，利用这一特点可以设计零有效相位延迟滤波器。

应用传输矩阵法研究了以三层单负材料为周期单元对称型一维光子晶体(ABC)M(CBA)M。结果表明，其带隙结构对入射角的敏感程度与光波的偏振性有关，TE波的高频通带会随着入射角的增大向中心频率移动，而TM波的带隙结构对入射角的变化不敏感。研究还发现各介质层厚度的变化对能带结构的影响规律不相同。当保持各介质层厚度比不变，成倍增大各介质层厚度，高、低频通带变窄并向中心频率移动，低频区通带首先消失。当改变各介质层厚度比时，若保持A、C层厚度不变，减小B层厚度，高、低频通带分别向两侧移动同时收缩变窄；若保持B层厚度不变，增、C层厚度，高、低频区通带同样变窄，低频区通带首先消失，带隙同样变宽。最后研究了该光子晶体的零有效相位带隙结构，发现其通带随晶格常数的增大逐渐向中心频率移动同时收缩变窄，这一特性可以用来设计单通道窄带零有效相位延迟滤波器。

运用反射相位法和高斯光束峰值位移判断法研究了由电单负材料(ENM)和磁单负材料(MNM)组成的双层结构的古斯亨兴位移现象。首先利用传输矩阵计算结构的反射系数，通过对反射系数的相位分析，发现对于单层的电单负材料和单层的磁单负材料，反射高斯光束的古斯亨兴位移方向相反，同时位移的大小与材料厚度存在一定的联系。进一步对双层材料传输矩阵进行解析分析，发现由电磁参数互为相反数的电单负材料和磁单负材料组合而成的双层材料，可以便捷地通过改变某一层材料的厚度来调控古斯亨兴位移的大小和方向。

基于法布里珀罗腔理论，研究了由2块相同单负材料作为反射镜构成微腔结构的共振特性。若反射镜是负ε材料，在一定条件下可实现TM腔模的全向透射；若是负μ材料，则可实现TE腔模的全向透射。随着入射角的增大，全向透射谱变窄，品质因子提高。腔中介质折射率的提高，可有效缩短TM全向透射微腔结构的尺寸，但对TE全向透射微腔结构尺寸的调制就稍弱。单负材料损耗的存在，不会破坏两种微腔结构的全向共振特性，但随着入射角的增大腔模的透射率有所降低。通过优化处理给出了这两种微腔结构能实现全向透射时所需满足的各种条件，为全向滤波器的设计提供理论指导。

分析了含单负材料的光量子阱结构中的振荡透射模的性质.用两种单负(负介电常量或负磁导率)材料交替周期堆叠形成的两个光子晶体构造了一维光量子阱结构，该结构中仅其中一个光子晶体含有零有效位相带隙.数值计算结果发现，在零有效位相带隙内存在振荡透射模.通过改变井区域光子晶体内单负材料层的厚度及周期数，振荡透射模的数目、频率及频率间隔均可调节.振荡透射模对入射角度的依赖均很弱；随着入射角度的改变，缺陷模频率的相对改变量保持在0.02以下.该研究结果可用于设计多通道全向滤波器.

在传统的一维光子晶体中加入多个周期排列的双单负材料缺陷, 可观察到零有效相位带隙内的缺陷模。计算结果表明：若两种单负材料缺陷厚度相等, 增大缺陷层的总厚度会使零有效相位带隙内的缺陷模频率间隔变大, 对应的透射率降低。若改变两种单负材料缺陷的厚度比, 缺陷模的频率间隔也随之变化。当两种单负材料缺陷的厚度满足零平均磁导率和零平均介电常数条件时, 发生缺陷模简并的现象。另一方面, 入射角的变化对零有效相位带隙中的缺陷模影响较小, 但却可以产生新的角度带隙。角度带隙范围与缺陷层厚度无关, 会随入射角的增大而变宽。

利用图解法系统地研究了由不同类型的单负材料作为包层的三层平板波导的模式特征。研究表明单负介质波导具有一系列奇异的特性,与传统介质波导或左手介质波导相比,此波导的芯区横向振荡导模的模折射率范围较大。除0阶导模外,其它TE,TM导模均为芯区横向振荡模,且同阶的TE、TM模的色散曲线几乎重合,只有0阶的TE,TM模才可以支持表面波的传播。单负介质的结构参数对0阶导模的影响较大。一定条件下,波导中可以出现0阶导模的完全缺失或仅支持表面波的传输,还会出现超慢波现象,甚至可以共生都是后向波的0阶双模。