提出了一种在晶体极化声子共振区利用级联差频在MgO∶LiNbO₃平板波导中产生高频太赫兹波的方法。不同于传统的基于两束近红外光直接差频产生太赫兹波，本文首先利用两束近红外光在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中产生低频太赫兹波和一系列级联光，然后将上述级联光耦合导入平板波导中，通过改变平板波导的尺寸优化各阶差频的相位失配分布，经级联差频高效产生高频太赫兹波。借助MgO∶LiNbO₃晶体极化声子共振区巨大的非线性光学系数，以及MgO∶LiNbO₃平板波导中被降低的太赫兹波吸收系数，在室温下通过输入两束强度均为100 MW/cm²的差频光，得到了频率为5 THz的高频太赫兹波，太赫兹波强度为88.2396 MW/cm²，能量转换效率为44.12%。本文为产生高频、高功率太赫兹波提供了一种全新方法，可以推动高频太赫兹波在未来高速无线通信领域的应用。

采用具有毫米尺度的振荡型金属光波导结构对酞菁铜的拉曼散射进行增强。不同于传统的表面增强拉曼光谱（SERS）技术，通过设计复杂的贵金属纳米结构来创造热点的策略，本文通过增加金属光波导上、下表面金属包覆层之间的距离，即增加导波层的厚度能够耦合大量的光波能量进入导波层中，从而增强光与物质间的相互作用。尽管增加导波层的厚度存在单个模式场强下降的风险，但优势也很明显。首先，高模式密度有利于入射光能量与导波层的耦合；其次，激发光可以近垂直入射到波导表面，简化光学设置；最后，厚波导结构的偏振无关特性对拉曼增强具有贡献。

设计了一种基于矩形金属块阵列结构的等离子体颜色滤波器，该器件结合表面等离子体共振效应与平板波导的导波特性，利用非对称矩形金属块周期性阵列结构对入射光偏振敏感的特点，在可见光波段实现对透射谱的动态调控。采用时域有限差分法研究了阵列周期、填充因子、电介质层与金属层厚度、入射光偏振角等参数对透射谱及其滤色特性的影响。结果表明，通过改变矩形金属块阵列周期参数可静态调控透射谱；矩形金属块阵列周期不对称时，通过改变入射光偏振角可对透射谱进行动态调控。通过调节结构参数，得到滤波器在可见光范围内的透射率可高达75%，且可同步实现对滤出颜色的静态和动态调控。该研究为下一代颜色可调谐等离子体颜色滤波器的设计提供理论依据。

对含石墨烯多层结构左手材料的介质特性及其构成的平面波导TM振荡模的传输特性进行了研究。该波导的芯层为含石墨烯的多层结构，覆盖层和衬底为不同的普通材料。计算结果表明：随着归一化波导厚度的增加，TM振荡模的有效折射率同时具有增加和减小，且两者最终达到平衡的双模简并特性。上述特性可以通过调节石墨烯外加电压的方法实现；进一步研究发现，波导中传输的归一化功率流具有正值、负值和零三种情况。电压或者频率的变化对正功率流的影响较小，对负功率流和零功率流的影响较大。

对含各向异性左手材料劈形平面波导中的TE振荡模进行了相关研究。从Maxwell方程组出发,采用变量分离法,根据切向电磁场连续的边界条件,得到该模的色散方程以及功率流方程。基于上述方程,采用曲线拟合方法,画出了相关的特性曲线。结果显示:电场强度同时考虑了x和z方向的影响,功率流随波导长度增加而周期性振荡变化;当劈形平面波导的斜率k=0.1,导模传输的波导长度小于2.5 mm;当频率较低时(f=5.0 GHz)以及k=0.01,对于不同的模阶数,波导厚度的变化对功率流在波导中传输的影响不大。这些特性将有助于未来波导的小型化以及波导加工精度的降低。

为了得到9.3μm的激光输出, 采用比较5种CO2同位素气体小信号增益系数的方法, 进行了理论分析。选择同位素气体12C18O2作为射频激励板条波导CO2激光器的工作介质, 进行了实验验证, 得到了9.3μm的激光输出; 并对激光器的工作气压进行优化, 在10.00kPa的工作气压下, 得到了最大96W的功率输出。结果表明, 12C18O2的中心波长在9.3μm附近, 且可得到高功率的激光输出。该研究有利于9.3μm CO2激光器的国产化, 以及提高核心部件的国产化率。

研究了含各向异性左手材料的劈形平面波导TE振荡模的传输特性。 首先，从麦克斯韦方程组出发，得到该模的色散方程、反射系数方程、传输系数方程以及功率损耗方程。然后，根据这些方程画出了相关特性曲线并对这些曲线进行了仔细分析，研究发现：(1)当模阶数m=0,1,2时，TE模的有效折射率具有较大的值，且随着波导长度的增加而快速减小；(2)TE0模具有超大的反射系数，最大值接近0.967；(3)TE0模传输系数总是小于等于1.2×10-3；(4)当劈形波导斜率k=0.01时，其功率损耗大于等于0.998，而且，当频率为5.0GHz时，功率损耗仍大于等于0.98。

从Maxwell方程组出发,得到三层各向异性左手材料对称平面波导TM模的色散方程及功率流方程;利用多台阶近似法得到该类劈形平面波导TM0振荡模的反射系数和传输系数方程;根据TM模的色散方程、反射系数和传输系数方程画出相应的特性曲线.分析表明：随着电磁波的传输,TM振荡模传输系数ct2逐渐减小,但在零附近出现振荡,同时出现双模反射特性;随着波导长度的增加,第一类反射系数ar12从零开始逐渐增加,最终趋于恒定;第二类反射系数ar22单调增加,最大可接近于1.增加多层结构左手材料中金属填充比或电磁波频率,传输特性曲线下移,传输能力下降;第一类反射特性曲线下移,反射能力下降,但第二类反射特性曲线上移,反射加强.

对芯层为左手材料而覆盖层和衬底均为不同普通材料的三层平面波导进行了探讨。考虑损耗、色散和各向异性的左手材料, 利用TE模的色散方程, 结合模阶数、波导厚度以及电磁衰减系数的变化, 画出了相关的色散曲线和损耗曲线。根据这些曲线, 发现对于TE2模, 在频率为4.03GHz附近, 波导厚度为5mm, 它有非常大的有效折射率(接近80);当频率从4.0GHz增加到6.0GHz, 色散曲线的斜率为正、零和负。正斜率为正常色散, 负斜率为反常色散, 零斜率则群速为零。对于高阶TE模, 当频率为4.03GHz时, 它的损耗是最大的;当频率超过5.0GHz后, 波导厚度以及电磁衰减常数的变化对TE模的损耗特性影响不大, 这些新特性为制备小型化的波导器件提供了理论基础。

研究了以左手材料为衬底和单负材料为覆盖层三层平板波导中TE模的传输特性, 为波导器件的设计提供了理论支持。导出了归一化有效厚度与归一化频率的关系, 数值计算分析了三层平板波导的传输特性。结果表明,该三层平板波导TE模具有以下特性: 1)当导波 层与衬底或覆盖层磁导率的比值增大时,归一化有效折射率随频率的变化率减小。 2)当不 对称因子趋近于0时, 随单调变化;当较大时,在截止频率附近,TE、TE、TE、TE和TE模出 现双值现象。3)当增大时, -曲线从左向右移动。4)对于TE模, 出现负值。