高速率、低功耗的小型化电光调制器是现代电通信网络和微波光子系统的关键组成部分。基于人工表面等离激元的慢光效应，设计了一种利用金属光子晶体电极的马赫-曾德尔干涉仪电光调制器。通过在薄膜铌酸锂光子芯片上调控微波色散与群速度，实现了微波与光波之间更强的相互耦合作用。对电光重叠积分因子的分析表明，这种结构相较条形电极结构可以通过更短的传播长度得到相同的相移，实现高效的调制过程。同时，所提慢光效应结构也可以应用于其他集成化的电光器件。

借助于结构化的金属/介质界面所形成的人工表面等离激元，能够将太赫兹场束缚在亚波长量级，同时利用单元结构对几何参数的色散特性，可以在二维尺度上操纵太赫兹波，为集成化、小型化片上太赫兹功能器件的发展提供了解决途径。利用立体金属柱子结构的色散特性构建二维渐变折射率透镜，在此基础之上设计平面望远镜、波导耦合器、双功能透镜等二维太赫兹人工表面等离激元传输调控器件，并通过电磁仿真分析每种功能器件的工作性能。本工作不仅丰富了太赫兹表面波调控器件家族，并有望进一步发展表面等离激元链路的太赫兹片上系统。

提出了一种基于人工表面等离激元（SSPPs）的太赫兹低损耗传输线，并通过加载开口谐振环（SRR）实现了具有大抑制深度的太赫兹带阻滤波器。采用不规则阶梯渐变过渡结构对SSPPs传输线进行了优化，降低了其在太赫兹频段下的传输损耗及不平坦度。通过色散分析揭示了加载SRR和不加载SRR的SSPPs传输线的频段抑制机理。加载SRR的SSPPs传输线工作在基模和一阶高次模两种模式下，其基模具有低通特性，一阶高次模具有带通特性，实现了具有通带-阻带-通带-阻带的太赫兹滤波特性。通过调节SRR的几何参数，可控制SSPPs滤波器的阻带频率；通过增加SRR的加载数量，可增大SSPPs滤波器的抑制深度。为了验证设计的可行性，采用微纳加工技术分别制作了所提出的SSPPs传输线和滤波器，并进行了太赫兹在片测试。测试结果表明：在0.11~0.17 THz频带范围内，SSPPs传输线的插入损耗小于0.5 dB/mm，回波损耗优于10 dB；SSPPs滤波器在0.142~0.156 THz频率范围内的抑制深度大于10 dB，最大抑制深度为45 dB@0.148 THz；实验结果与仿真结果具有良好的吻合度。该研究对太赫兹等离激元集成系统研究具有重要意义。

为了解决漏波天线带宽有限和整体尺寸较大的问题, 文章提出了一种新型宽带漏波天线。该天线由人工表面等离激元传输线和非对称圆形贴片组成, 其工作频段为7~15 GHz(相对带宽为72.73%), 能够从后向至前向连续波束扫描, 波束扫描角度为69 °, 同时具有稳定的高辐射增益。该天线的最大仿真增益达到13.1 dBi, 测试增益波动仅为1.64 dB, 测试结果与仿真结果吻合较好。文章所提宽带漏波天线具有结构简单、性能稳定且易于加工的优点。此外, 天线的整体尺寸较小, 更有利于无线通信系统的集成。

以微带为代表的传统微波传输线无法精细操控电磁模式,因此传统电子信息系统在空间耦合、动态响应和性能鲁棒性等方面存在瓶颈。人工表面等离激元(SSPP)超材料可打破上述瓶颈,是光学与信息领域的研究热点之一。人工表面等离激元超材料是一类模拟光频段表面等离激元特性的新型超材料,可在微波和太赫兹频段精细操控表面波,具有与平面电路相似的构型特性,可用于制备下一代集成电路的基础传输线。人工表面等离激元分为传输型和局域型两类。传输型人工表面等离激元超材料始于三维立体结构,后发展成超薄梳状金属条带构型。学者们构建了以其为基础的微波电路新体系,研制了人工表面等离激元滤波器、天线、放大器和倍频器等典型的无源和有源器件,并将其集成为可实现亚波长间距多通道信号非视距传输的无线通信系统。人工局域表面等离激元(SLSP)超材料也经历了从三维立体构型到超薄构型的发展历程,并通过螺旋构型、链式构型、高阶模式和杂化模式等为电磁波的亚波长尺度调控提供了更多自由度。系统讨论了人工表面等离激元超材料在微波电路中的相关理论和应用,包括人工表面等离激元超材料的基本概念、构型发展、无源/有源器件以及无线通信系统。

该文采用时域有限差分法(FDTD)设计了一种具有阶梯槽结构的人工表面等离激元(SSPPs)型带通微波滤波器。滤波器由4部分组成, 其中第二部分(阶梯阻抗槽)是过渡部分, 新颖的周期性排列的阶梯阻抗槽设计可增强微波波段亚波长的束缚效果, 提高带通SSPPs滤波器的通带特性和抗电磁干扰能力。该文还利用FDTD法对微波频率范围内的SSPPs滤波器的透射和反射特性进行了研究。结果表明, 通过调整阶梯阻抗槽结构的几何尺寸及传输线中耦合间隙参数, 可以灵活地控制滤波器的带宽和抑制特性, 滤波器具有很强的抗空间电磁干扰能力。

针对传统漏波天线只能辐射线极化波的问题，文章提出了一种新型圆极化漏波天线。其由均匀金属条组成等离子体波导，通过将圆形贴片周期性和非对称地加载在波导的两侧，天线的波束扫描角可以有效展宽。另外，在圆形贴片单元中引入微扰，可以实现圆极化性能。仿真结果表明，该天线的阻抗带宽为43.5％（< -10 dB），3 dB的轴比带宽为31.3％，频率为4.5~7.0 GHz时，波束扫描范围为120~70 °，在频率范围内，天线的最大增益达到了12.48 dB。该圆极化漏波天线结构简单、易于加工且性能指标稳定，可应用于无线通信和传感系统中。