在机载和星载领域, 尤其是用于观测科学目标短期变化的应用领域, 遥感平台逐步要求光谱仪在实现高分辨率的同时缩短重访时间。研究了基于Offner结构的紫外成像光谱系统, 设计了一种工作波段为250~500nm、双狭缝均长50mm、双入射狭缝间隔为37mm、光谱分辨率为0.3nm的双缝高分辨率紫外成像光谱仪, 并对设计结果进行了分析与评价。结果表明, 这种紫外双缝成像光谱仪在41.67lp·mm-1处的传递函数达到0.76以上, 实现接近衍射极限的优良成像质量, 同时大大缩短了系统重访时间, 提高了系统的信噪比, 在保证高分辨率的同时缩小了系统体积和扫描镜口径, 适合机载和星载遥感应用。

针对交流二极磁铁的磁场特性和涡流问题,利用电磁场分析软件对磁铁进行了优化设计和温度场计算,确定了交流二极磁铁关键技术的方案。对交流二极磁铁极头端面采用了罗高斯基曲线和谐波削斜的方法来提高磁铁磁场质量; 对铁芯端部和端板进行开槽优化设计,有效切断磁铁端部主要的涡流回路,降低了磁铁温升; 磁铁线圈采用铝绞线导线进行绕制,以减少磁铁线圈内的涡流损耗。最后,通过对样机磁铁的测试,磁场均满足物理要求,磁铁温度也控制在安全范围内。

采用时域有限差分法研究了内嵌镜像对称矩形腔长度、宽度及其位置对楔形金属狭缝阵列结构透射特性的影响。研究发现, 采用此结构形成的光子晶体结构所产生的能带可以调控禁带, 不仅在短波长范围存在明显的传输禁带, 而且在长波长范围具有较好的增强透射, 表明这种内嵌镜像对称矩形腔进一步破坏了类法布里-珀罗腔共振条件, 更有利于短波长范围表面等离激元能量局域在腔内, 同时提高长波长范围的透射率。矩形腔位置是影响传输禁带和透射特性的主要因素, 其越接近中心位置, 禁带越宽, 透射率越高; 矩形腔厚度主要影响禁带宽度, 厚度为140nm时, 禁带宽度可达236nm; 矩形腔长度主要影响透射特性, 长度为260nm时, 透射率可达95%。

利用杨氏双缝和马赫曾德干涉提出一种检测随机电磁光束的广义斯托克斯参数的实验方法.部分相干光通过杨氏双缝后，用光阑、半波片和偏振片组成的马赫曾德干涉光路进行处理，检测干涉条纹的相干度和单个缝的光场强度，得到光束的交叉谱密度矩阵，进而得到光束的广义斯托克斯参数.实验结果表明，同方向偏振的光分量的空间相干度高于正交偏振方向的光分量.该方法可用于研究光束传播过程中的偏振特性和相干特性的变化.

提出了金属-介质-金属(MIM)结构三缝、四缝波导结构的增强型可见光分束器。利用表面等离子体效应及经典光学干涉原理，改变多缝波导结构中的填充介质、结构厚度、狭缝宽度及缝宽度等参数，可使波长不同的两束可见光通过多缝亚波长结构后实现分束效果。利用时域有限差分(FDTD)法进行数值模拟，发现多狭缝结构比双缝结构有更高的分束比。上述设计结构可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工，可应用于集成光学及光通信领域。

为克服目前太赫兹扫描成像技术所用扫描天线存在的不足，设计了一种能够实现一维频率扫描的矩形波导窄边开斜缝天线。具体采用设计缝隙天线的等效电路法和泰勒线阵法估算得到缝距、缝长、缝宽、缝倾角和缝数等初始参数。然后在ANSOFT-HFSS软件中建模仿真并优化，最终得到适用于0.101～0.111 THz带宽的天线。仿真结果表明，天线能够在波导的延展方向上按照不同角度发射或接收带宽内不同频率的太赫兹波，扫描角度约为6.1°，各频率点主瓣增益较高、主副瓣电平相差较大。该天线具有结构紧凑、体积小、重量轻、成本低、扫描速度较快的优点，对于太赫兹扫描成像技术具有一定的应用价值。

为了获得更强的局域场来增强喇曼散射信号或非线性效应，提出了在亚波长金狭缝中放置两列紧邻金纳米线的结构，将两纳米线近场耦合效应和狭缝类法布里-珀罗共振对电场的放大作用结合起来实现纳米线间更强的电磁场.理论分析得出，两纳米线间电场强度在狭缝深度增加时呈现周期性起伏变化，满足类法布里-珀罗共振条件时出现峰值，且纳米线对于发生共振时狭缝深度有调制作用；电场强度在狭缝周期近似等于入射波长附近呈现突变趋势，在纳米线间距增加时呈指数递减.用有限元法对增强机理进行了仿真，结果表明：在纳米线间距为1 nm和2 nm时，增强效果较好；狭缝周期为600 nm、深度为310 nm、宽度为100 nm、纳米线间距为1 nm, 在波长650 nm时，两金纳米线中心热点处电场增强为200倍，达到109的喇曼增强因子，比单纯的两根金纳米线的热点处增强因子提高了3个数量级.

提出一种利用厚金属狭缝阵列耦合激发表面等离子激元制作非周期图形的纳米光刻模型.采用时域有限差分电磁场模拟仿真软件研究了厚金属狭缝阵列中表面等离子激元的激发、模式选择以及光刻胶中的光场分布.结果表明，通过优化厚金属狭缝阵列结构参量和匹配介质参量可有效抑制表面等离子激元在光栅狭缝出口处的发散，增加表面等离子激元的穿透深度，可获得高分辨率的较大曝光深度的周期和非周期纳米图形，可为纳米激光直写技术提供有益的借鉴.

通过将杨氏双缝窗口函数表示为复高斯函数叠加的方法, 从Collins公式出发推导出了高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后光强的近似解析表达式。利用该公式作了数值计算, 通过与Collins公式计算结果进行比较, 确定了该公式的适用范围, 研究了相干长度和双缝中心遮拦比对解析公式适用范围的影响, 并对该公式的应用前景作了展望。

为了确定光谱仪的入射多狭缝结构设计的可靠依据, 研究了4种阿达玛S型狭缝阵列发生衍射后的光强分布。 采用MEMS加工技术制作出最小狭缝单元为6 μｍ×6 μｍ的一体式微硅片阿达玛狭缝阵列, 对3种S7型狭缝和一种S15型狭缝进行比较。 首先利用阿达玛矩阵构造狭缝阵列的孔径函数, 得到了衍射后的光强分布函数； 然后运用Matlab软件对光强分布函数仿真, 获得了各种狭缝衍射后的光强分布图及光通量对比。 搭建了试验装置进行验证, 试验表明实际衍射光强分布及光通量间的比值都与仿真结果相符。 最后分析了狭缝结构参数对光强分布的影响, 总结了S型狭缝阵列衍射规律。 所提出的衍射光强分布方法, 为光谱仪中入射狭缝的选择与设计提供了理论依据, 为实际应用提供了有价值的参考。