为降低太阳电池封装材料PET薄膜的反射率, 采用严格耦合波分析(RCWA)方法对基于蛾眼阵列的减反层进行了优化设计。对比研究了圆锥形、抛物线形和正弦形蛾眼结构的减反性能, 结果表明圆锥形蛾眼结构具有最佳全向宽光谱减反性能。分析了圆锥体几何参数对太阳光透过率的影响, 为参数选取提供依据。在此基础上, 提出基于柱形与锥形复合结构的蛾眼阵列, 通过参数优化, 进一步提高了太阳光在大角度入射条件下的透过率。优化后复合结构的蛾眼阵列的PET薄膜对波长范围在0.3~1.1μm、入射角度为0°~90°的入射太阳光角度归一化透过率达到0.9664, 相比于未采取减反措施的PET薄膜透过率提高12.77%。

针对折射率调制的表面等离子体全息显示方案, 采用严格耦合波计算方法, 仿真了变折射率薄膜正弦光栅结构参数与衍射效率的关系.结果表明, 银作为表面等离子体激发材料时, 0.2 μm为光栅最优厚度, 在此基础上, 一级次光衍射效率与折射率差值、周期呈正比增长关系.对折射率范围进行了拓展, 确定了折射率调制范围在1.34~1.8、周期为0.9 μm时, 对应的衍射效率可达33%以上.研究结果对于优化设计表面等离子体全息显示结构具有参考意义.

为了无损表征周期性极化晶体的畴结构，用严格耦合波分析法分析了周期性极化铌酸锂晶体的周期和占空比.以波长为532 nm，功率为20 mW的连续激光器为光源， TE偏振光垂直入射周期性极化的铌酸锂晶体表面，同时对晶体施加电压以改变其正负畴间的折射率差，通过光电探测器检测各衍射级的衍射效率.使用最小二乘法将光电探测器记录的实验数据与严格耦合波分析模拟的结果进行优化拟合，反演出晶体的周期和占空比.测试结果表明，该方法能准确地测试周期性极化铌酸锂晶体的周期和占空比，其周期的测试准确度为0.05 μm，占空比的测试准确度为0.05.比布喇格衍射公式计算的晶体周期准确度提高一个数量级.

利用严格耦合波分析法(RCWA)分别计算了五种不同形貌的亚波长浮雕结构的太阳能电池抗反射膜性能，分别从占空比、光栅高度和周期等结构参数以及入射光角度进行模拟。研究结果表明：周期为200 nm，高度为400 nm，占空比为1的金字塔型浮雕结构的抗反射效果令人满意，且平均反射率低于1%；光波的入射角对光栅的反射率影响较大，光波在光栅法线的角度控制在40°以下合适。通过对亚波长浮雕结构的反射特性模拟和分析，为太阳能电池抗反射膜设计与制作提供理论支持。

严格耦合波分析(RCWA)法在测量二维周期光栅的关键尺寸(CD)和获得其剖面结构中有着较为广泛的应用。在这个应用过程中需要对二维光栅周期单元的相对介电常数分布表达式进行傅里叶级数展开，而在以往的研究中只提出了几种规则光栅的傅里叶系数求解公式，从而使得能够应用RCWA方法进行衍射分析的光栅在形状方面受到了一定的限制。针对这一局限，运用矩形网格细分的方法得到了计算二维周期光栅的相对介电常数傅里叶系数的通用公式，它能够对任意形状的二维周期光栅相对介电常数分布进行傅里叶级数展开，并运用于衍射问题的RCWA方法分析之中。

研究了金属-介质-金属结构在可见光波段的反射滤光特性。该结构由柔性透明基底、金属层、介质-金属纳米光栅结构组成。利用严格耦合波分析法(RCWA)模拟了TM偏振光入射时，亚波长介质-金属光栅的占宽比、周期和厚度等结构参数对反射光谱特性的影响。理论模拟结果表明：光栅的结构参数变化可改变反射波段，进而调节滤光颜色。在此基础上，进一步优化结构参数，得到了基于减色法的彩色滤光片结构，获得了青色、品红色和黄色三原色。该结构的主要优点是，当入射角在0～45°范围内变化时，反射光谱谷值位置和反射带宽基本不变。本文所提出的结构特别适合用于反射式彩色显示。

为研究表面形貌对微纳结构氧化锌晶体光学特性的影响,利用气相传输法制备了一种具有特殊表面结构的纳米氧化锌颗粒状样品.应用X射线衍射谱、电子能量散射谱和扫描电镜等对样品结构和形貌进行了分析,结果表明样品具有三种层次结构组成的网络状表面形貌;室温下以波长355 nm激光激发样品,观察到紫外峰明显被抑制的发光谱.基于样品表面周期性微结构,用时域有限差分法和严格耦合波分析法对样品发光谱特性及成因进行仿真研究.结果表明,发光谱中紫外峰的被削弱与材料能级结构无关,其形成机理缘于样品表面类蝴蝶翅膀表面微结构,类似于光子晶体表面结构颜色.

研究了一维亚波长光栅结构彩色滤光片在可见光波段的透射光谱特性。该彩色滤光片由柔性透明基底、介质光栅和金属光栅构成。利用严格耦合波分析法(RCWA)模拟了占空比、介质光栅的厚度、金属光栅的厚度和周期等结构参数对彩色滤光片的透射光谱特性的影响，并在此基础上优化结构参数，设计出一种宽带宽、高透射效率且易于加工的彩色滤光片。该彩色滤光片带宽为85~100 nm，色纯度好；具有高达95%的偏振（TM）光透射效率；只需改变光栅的周期，就可获得针对R，G，B三色的透射光谱，降低了加工彩色滤光片的难度。与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比，所设计的彩色滤光片的中心光谱透射效率提高了12%，且减少了三色输出光谱之间的重叠区域，从而提高了彩色滤光片的色度性能，适合作为液晶平板显示中的滤光器件。

研究了一种亚波长金属光栅偏振器在可见光波段的透射与消光特性。与传统亚波长光栅偏振器不同的是,通过在基底和光栅之间增加一层高折射率介质薄膜,提高了TM偏振光透射率和消光比。利用严格耦合波分析法(RCWA),模拟了高折射率介质层厚度、光栅占宽比对透射率和消光比的影响。计算结果表明,在整个可见光波段,合适的介质层厚度可使透射更加均匀并且当入射角在0-60°变化时,TM偏振光的透射率和消光比仍可分别达到79%和50 dB。这种带有高折射率介质层的亚波长金属光栅偏振器结构紧凑,性能优良,特别适合作为液晶平板显示中的偏振分光器件。