工型金属结构单元构成的超材料具有异常的电磁性质。利用时域有限差分法对工型结构超材料进行模拟研究后发现：当结构对称时, 出现了3个模；当结构的对称性破缺和尺寸增加时, 分别出现了1个新模, 结构中存在5个特殊的反射模。建立理论模型, 结合近场分布分析了这5个反射模形成的物理原因, 认为：表面等离子体在工型结构单元内不同位置的共振耦合导致了这5个特殊的反射模；当结构的对称性破缺时, 出现新的共振模；当结构尺度增加时, 出现了高阶共振模。

利用圆柱形介质设计了一个Bragg微腔结构,含有圆柱形和环形两个微腔。基于传输矩阵理论,通过研究会聚柱面波的反射相移,根据反射相移在Bragg禁带中的尖锐突变来确定微腔结构的共振模。较之其他计算方法,相移方法操作简单,图像直观,且行之有效。研究表明,随着中心圆柱形微腔的半径增大,方位指数相同的两微腔共振模之间会发生相互作用,在腔模光子能量相近时耦合效应最强,导致双微腔的耦合共振模曲线出现反交叉现象。最后给出了耦合共振模的空间电磁场分布。

用两种正折射率材料设计了一维光子晶体异质结构模型, 并利用传输矩阵法对该光子晶体的透射谱进行了理论研究。结果发现: 光通过光子晶体时, 在较宽的禁带范围内出现透射率为100%的多条共振模, 且共振模的数目与光子晶体结构周期数m相对应; 当入射角一定时, 共振模的位置可以通过介质的折射率、厚度来调制; 当入射光入射角度增大时, 多共振模出现整体蓝移, 同时共振模宽度变窄。这些特性有望应用于多通道窄带滤波器的设计。

利用严格耦合波算法计算了二维光子晶体平板结构随角度变化透过谱和波长变化透过谱, 研究了透过谱上 传导共振峰与二维光子晶体平板能带结构的关系。利用共振传导模的低透过和高Q值的特点,设计了基于磷化铟材 料的工作在1550 nm波长附近的角度分辨和波长分辨的光子晶体光开关。理论模拟结果表明,该结构透过谱上传导 共振峰品质因子可达105, 非线性折射率变化为10-4即可实现开关对比度接近100%。当信号光或泵浦光分别与光 子晶体平板传导共振模耦合时,由于共振耦合使得泵浦光场增强,需要泵浦能量仅为184 fJ,为目前所知能量最低的光开关。

利用传输矩阵法研究了光在全介质双腔法布里-珀罗(F-P)结构中的传输,得到了透射率的一般表达式。能在禁带中出现共振模的双腔F-P结构共有12种组合方式,并且要求两腔之间的介质层数必须小于其外侧的介质总层数。当微腔的光学厚度是λ0/4的奇数倍时,其两端接触的首层介质必须是异种介质;而当光学厚度是λ0/4的偶数倍时则必须是同种介质。当两腔长度一定时,共振模的位置主要取决于两腔之间的介质层数,而谱线宽度则主要取决于两腔外侧的介质层数。当双腔F-P结构呈左右对称时共振模的透射率等于1。

在二维正方晶格光子晶体的基础上，构建了一种晶格常数渐变的变晶格结构，设置线缺 陷形成主波导和多个耦合波导以及相应的耦合点缺陷(微腔)，利用该缺陷态结构实现了六信道波分解复用 器。采用时域有限差分法研究了微腔的谐振特性及主波导和各耦合波导的传输特性。计算结果表明：点缺 陷共振模可以实现几乎连续的变化，有相近的强度，缺陷峰线宽均约为0.01 m左右；六信道的中心 波长在2.667 m 2.802 m之间，信道间隔平均值小于0.025 m

以磁绝缘传输线振荡器(MILO)中次级电子倍增效应物理图像为基础,对MILO中发生次级电子倍增效应的各阶共振模进行了计算和分析.结果表明:与基阶共振模相比,高阶共振模发生次级电子倍增效应的敏感区域要小得多,对次级电子倍增效应起主要作用的是基阶共振模;减小或抑制次级电子倍增效应,主要应考虑控制基阶共振模的电子倍增作用.

研究了光子晶体Bragg镜的反射相移及透射相移，发现随着入射光频率的增大，相位均在增大。在中心频率附近反射相移和透射相移都与频率成线性关系。利用泰勒展开式的一级近似，得到了中心频率附近反射相移和透射相移的一级近似解析解，它们能很好地描述相移的变化规律。利用相移特性研究了Bragg微腔的共振模随微腔厚度的频率变化特性，同时亦给出了中心频率附近共振模频率的一级近似解析解。

用基于平面波的传输矩阵法分析由具有不同晶格常数的光子晶体材料构成的光量子阱结构中的共振模，发现湮没于垒层的阱层能带分离成共振模，且共振模的数目随阱层的厚度变化而改变。提出一种新型的非对称量子阱结构模型，由2块晶格常数不同的光子晶体材料和夹在光子晶体材料中间作为阱层的均匀介电材料构成，并对其中的共振模进行了分析。指出当阱层厚度达到构成垒层的光子晶体晶格常数的一半时出现一个共振模，若继续小量增加阱层厚度将使共振模频率出现红移。最后给出一种基于平面波的传输矩阵法，且对于不同晶格常数的光子晶体量子阱结构均有效的数值模拟方法，可用于研究由三维光子晶体材料或者色散材料组成的光子晶体量子阱结构。