基于表面等离子体极化激元的传输特性和周期性光子晶体的光学特性,提出了一种在亚波长介质光栅-金属Ag薄膜结构中产生离散态,在周期性光子晶体结构中产生连续态的亚波长介质光栅-金属Ag薄膜-周期性光子晶体混合结构。通过对该结构进行理论分析和传输特性研究,阐述了该结构中Fano共振产生的机理,建立了基于角度调制的Fano共振传感结构模型,并定量分析了结构参数对反射光谱曲线的影响。结果表明:当周期性光子晶体周期层数N=4、光栅周期Λ=258 nm和金属Ag薄膜厚度d0=27 nm时,该结构的品质因数FOM值高达2.11×10 4,角灵敏度S=40 (°)/RIU。该结构为亚波长介质光栅结构中实现Fano共振提供了有效的理论参考,对光学折射率传感结构的设计具有一定的指导意义。

提出了一种基于梯形介质光栅金属薄膜结构的折射率传感器。利用有限元方法,研究了不同光栅厚度、梯形参数以及不同折射率下待分析液体的反射谱线。对传感器结构参数进行优化,得到了传感器的角灵敏度。考虑由反射谱线共振峰的对称移动导致的角灵敏度加倍效应,当待分析液体折射率从1.33变化到1.34时,传感器角灵敏度可达845.23(°)/RIU(RIU为折射率单位);从1.34变化到1.35时,传感器角灵敏度可达1283.14(°)/RIU,并且该传感器具有更宽折射率范围的检测应用。梯形参数对传感器的角灵敏度起着决定性的作用,具有最大灵敏度的传感器结构能形成对比度最大的电场分布驻波结构。

理论设计了介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构, 通过有限元方法数值模拟计算了该结构中的超高电场增强因子.使用442 nm波长的激光作为表面等离子体的激发光源, 研究不同尺寸银纳米立方体的消光谱以及不同光栅周期和厚度的反射光谱, 得到的该复合结构的最优参数为: 光栅周期312 nm, 厚度90 nm, 银纳米立方体70 nm.在最优参数条件下, 数值模拟了复合结构中的电场增强分布, 介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构由于存在局域表面等离子体和传播表面等离子体的共振耦合, 使得光栅脊与银纳米立方体下顶点接触处热点的电场增强因子高达1.53×106.该复合结构产生的超高电场增强因子, 有望应用于表面增强拉曼散射的研究.

设计了一种基于介质光栅金属薄膜复合结构的折射率传感器。利用He-Ne激光器输出的632.8 nm横磁偏振光激发复合结构中的表面等离子体,得到了高灵敏度的折射率传感器。运用有限元方法,数值模拟了具有不同光栅厚度、周期以及折射率的分析物的反射光谱。对占空比为0.5、金属薄膜厚度为45 nm的复合结构进行了参数优化,得到最优参数为:光栅厚度100 nm、光栅周期500 nm。在最优参数条件下,计算了金属薄膜与具有不同折射率的分析物之间的界面共振角的变化,得到了高达500 (°)/RIU的角灵敏度。该折射率传感器操作简单、成本低、角灵敏度高,具有很好的应用前景。

从平板波导的本征值方程出发，导出弱调制介质光栅共振位置的表达式，其预测结果与利用严格的耦合波理论所得值一致．对正入射时导模共振产生双反射峰现象进行解释，并就导模共振对入射角和光栅周期敏感性的成因进行了探讨．从薄膜的特征矩阵方程出发，在理论上分析了利用导模共振获得性能良好的反射滤光片的途径．

给出了以413nm作为写入波长，1053nm作为使用波长的多层介质光栅膜的设计，计算表明膜系H3L(H2L)＾9H0．5L2．03H满足光栅膜的要求．最后给出了制备得到的样品光学特性测试，结果表明在使用波长和曝光波长处满足设计要求，其抗激光损伤阈值在光正入射和51．2°入射时分别为14．14J／cm²和9．32J／cm²，膜系的应力表现为压应力．

应用FDTD方法计算了单色平面波斜入射时1维介质光栅的近场,进而求出介质光栅的衍射效率.借助于周期边界条件,整个计算区域为周期结构的一个单元.考虑入射波在两种介质界面上会产生反射和透射,故在总场边界上引入入射波、反射波和透射波.给出了光栅单元截面为矩形和梯形的算例.该方法可用于斜入射情形下具有复杂结构和任意单元截面的介质栅近场及其衍射特性分析.

采用扩展边界条件法,得出亚波长正弦介质光栅正入射反射型1/4波片的结构参数.发现在一定精度范围内TE波与TM波的相位差能够在一段较大的槽深区域满足设计要求,从而降低了实际控制刻蚀深度的难度.讨论了线偏振光转化为圆偏振光的方位角问题.

将"逆规则"傅里叶级数展开法和反射透射系数阵递推算法进行推广,对任意面形及任意入射角的电磁各向异性介质光栅衍射特性进行研究.该方法物理概念清晰,数值计算稳定收敛,计算速度快,并与其它方法的计算结果进行了比较.