与传统的仅能生成光轴方向的球形聚焦光斑不同，本文提出了一种在4Pi聚焦系统中通过反聚焦偶极子天线辐射场产生具有规定空间方向和间距的球形聚焦光斑的方法。该方法是将规定好长度和极化方向的空间偶极子天线置于4Pi聚集系统的焦点处，通过逆问题解析求解出生成球形聚焦光斑的物镜瞳孔面上的输入场。然后使用瞳孔面处的场，并选择合适的偶极子天线长度，就能获得球形聚焦光斑。数值结果表明，创建的球形聚焦光斑的空间方向与设置的偶极子天线的极化方向一致，球形聚焦光斑之间的距离也等于偶极子天线的长度。本文提出的方法比传统方法更灵活，可以创建具有规定空间位置的球形聚焦光斑，这对空间任意位置捕获纳米粒子具有很大的应用价值。

为探究近红外波段下气溶胶粒子的散射特性，基于离散偶极子近似法，对黑碳和硫酸盐气溶胶内混合核壳结构粒子及同种气溶胶粒子的2种假设结构的光学散射特性进行研究。编译构建以黑碳为核、硫酸铵为壳的核壳结构粒子模型，模拟计算特定入射方向的入射波长（875、1020、1640、2000 nm）下粒子的消光效率因子、散射效率因子、吸收效率因子、不对称因子及单次散射反照率随有效粒径的变化。数值计算结果表明：在同一入射波长下，随着有效粒径的增大，单核核壳粒子、二核团簇粒子、三核团簇粒子的消光、散射、吸收效率因子主要呈先增后减趋势，且3种粒子的散射、消光效率因子相差不超过10%。随着核粒子数增加，粒子结构半径增大，效率因子峰值后移。在4个波长下，多核团簇粒子的不对称因子平均比单核核壳粒子大0.1777、0.1960、0.2900和0.3131，而2种多核粒子的不对称因子平均仅相差0.096。在有效粒径相同的情况下，单核核壳粒子的单次散射反照率基本高于多核粒子，波长越大差异越明显。该研究结果可对复杂大气环境下气溶胶粒子的光学散射特性、污染物及气候效应监测等领域的分析提供一定的参考价值。

基于连续域内束缚态（BIC）的超表面具备在时间和空间上实现高效光场调控的能力。在时间维度上，BIC理论上可实现无穷长的辐射光子寿命，因此在激光谐振腔、非线性光学、传感等领域展现了极好的应用价值。为深入理解BIC及衍生谐振特性，基于双开口金属谐振器构成的杂化BIC超表面，探讨由于能带折叠引起的折叠谐振与准BIC谐振之间的特性。利用数值模拟、多极子分析和太赫兹光谱实验验证环形偶极子在这两类谐振辐射特性中的重要作用。此外，通过对比两种不同能带折叠方式的超晶格，进一步确认环形偶极子对折叠谐振品质因数的调制特性。深入理解谐振中多极子的散射特性对获取高品质因数谐振腔具有重要作用，为切实推动超表面在太赫兹传感、调制器和非线性相互作用等领域的应用奠定理论基础。

提出了一种基于圆形与L形耦合的可调谐的太赫兹宽带吸收器。其主要结构由顶层的电可调石墨烯材料、中间的介质材料SiO₂和底层的金组成。通过COMSOL软件和多重反射干涉理论对器件的吸收光谱进行研究。结果表明：模拟与理论的吸收光谱高度重合。在保持狭缝的前提下，改变中央位置的石墨烯形状并不会改变吸收器的性能。当石墨烯的费米能级通过外加电压调节到0.95 eV时，器件处于强吸收（吸收率>90%）的频谱宽度超过了4.1 THz，且具有极化无关的特性。本设计在光开关、调制器和能量收集等领域具有潜在的应用价值，也给太赫兹宽带吸收器的设计提供更多的灵感。

提出了一种结构简单且可激发环偶极子共振的全介质超材料，该超材料具有高品质因子（Q）和高灵敏（FOM）值。基于环偶极子共振电流密度和电场分布，分析了超材料能够激发环偶极子的内在物理机制。经模拟计算发现，全介质超材料的Q值和FOM值可分别达到14000以上和672.7/RIU左右。基于谐振子耦合模型和共振波长处的电场分布，分析了超材料全介质开口环间距和探测物厚度对其Q值和环偶极子共振波长的影响机理。该研究可以为设计制备应用于生物、化学探测的高质量环偶极子共振超材料传感器提供理论基础。

针对磁信标产生的超低频磁场定位中磁信标磁场中心难以标定的问题, 提出了一种基于磁偶极子磁感应强度分布特征的高精度磁信标标定方法。为描述磁信标在空间中任意位置产生的磁场分布情况, 建立磁信标的等效磁偶极子模型, 通过磁感应强度不同方向的分量与位置关系解算出磁信标线圈磁场的中心位置, 利用自适应指数平滑算法减弱自身波动对磁感应信号的影响, 实现对磁信标磁场中心的高精度标定。对标定方法进行有限元仿真, 仿真结果显示, 使用磁感应强度分布特征对磁场中心的标定精度在毫米级别, 通过对标定前后定位精度的对比发现, 标定后的磁信标定位精度得到有效提高。

为了解决常见吸波材料厚度大、吸波频带窄的问题，设计了一种采用新型偶极子方环交叉元结构的带宽大、厚度薄的吸波器，它由导电浆料和氧化铝陶瓷组成。基于有限差分时域方法采用CST软件仿真计算了该吸波器的电磁参数与反射率之间的关系。利用等效介质理论反演得到了吸波器的等效电磁参数与等效阻抗。通过优化偶极子方环交叉元结构的单元尺寸和电路参数，设计的吸波器在11.0~18.0 GHz频率范围内反射率小于-10 dB，厚度为1.6 mm，品质因素（FOM）远高于大多数文献报道的吸波器。研究发现该吸波器的损耗机制为共振损耗和欧姆损耗，组合频率选择表面（FSS）可以增强电磁损耗。实测结果与仿真吻合得较好，该超材料吸波器具有超薄宽带吸收的特性。