构建双锥干涉模型设计双周期渐变光子晶体（GPC）结构，基于该结构的渐变光强分布设计了介质柱尺寸渐变的GPC透镜，并研究了内外锥干涉角对GPC周期及透镜聚焦特性的影响。研究发现，干涉光束内外锥角正弦差决定透镜大周期，而外锥角则直接影响小周期。当透镜大周期固定时，小周期越小，聚焦效果越好；而小周期固定时，大周期越小，透镜数值孔径越大。所设计的透镜可实现亚衍射极限聚焦，该研究有助于透镜在光耦合、光集成、光显示以及成像方面的应用。

利用3+3光束双锥干涉法设计了双周期渐变光子晶体结构阵列,并研究了它的纳米聚焦效应。通过调整内锥角和内外锥的增量角来改变光子晶体晶格的小周期及光子阵列的大周期,通过调整光束强度、偏振方向来实现渐变光子晶体晶格结构、形状等参数的改变。采用傅里叶变换的方法研究了光子晶体结构对光场的纳米聚焦效应。该结构对于提高发光二极管的提取效率、光显示、光耦合及光集成具有非常重要的意义。

提出一种对温度和折射率进行同时测量的双周期光纤光栅传感器。双周期光栅通过将长周期光栅和光纤Bragg光栅刻写到光纤同一位置而构成。利用两种光栅对温度和折射率的灵敏度差异, 结合灵敏度系数矩阵实现了双参量测量。将所刻写的双周期光栅使用氢氟酸进行腐蚀, 进一步增加了倏逝场强度, 实验结果显示温度灵敏度为64.26pm/℃, 折射率灵敏度可达-297.14nm/RIU。所设计的传感器在双参量测量场合和折射率高精度测量中具有良好的应用前景, 同时具有体积小、灵敏度高的优点。

为提高红外材料光学表面的抗反射能力, 设计了一种具有双周期嵌套式结构抗反射超表面。通过分析在双周期嵌套式结构周围的介电常数ε变化情况, 仿真模拟得到反射率。重点分析了当微纳结构发生变化时这种嵌套结构与单一结构表面抗反射特性的差别。通过改变嵌套结构表面占空比、顶底端直径比以及长径比等参数仿真模拟, 对抗反射特性进行分析, 最终优化出的结构在2.4~12 μm的超宽波长范围内反射率均低于3.5%, 在中长波实用波段范围内平均反射率低于1%。这种结构有效地保护了微结构形貌不被破坏, 实现了单一结构抗反射特性效果的叠加, 进一步降低了元件表面的反射率, 可以作为一种新型的减反增透表面应用于红外窗口。

利用传输矩阵法研究了含向列相液晶缺陷层的1维阶梯型双周期第4代准周期结构 缺陷模的电场方向调控特性。分析了外加电场方向和正入射波方向间夹角θ与缺陷模波长的位置、 品质因子、空间位置光场分布的变化关系,探讨了缺陷模的品质因子对光场强度的影响。 结果表明:随着夹角θ的逐渐增大,缺陷模的位置向短波方向移动,缺陷模波长的调控量为84 nm;随着夹角θ的逐渐增大, 缺陷模的品质因子逐渐增大;缺陷模在空间位置的光场分布呈现出局域现 象,随夹角θ的增大,空间位置的光场强度逐渐增强;缺陷模的品质因子与光场强度成正比关系。

利用传输矩阵法研究了异质双周期结构一维光子晶体的带隙结构和光学传输特性。此光子晶体能形成512~960 nm的含5个极窄透射峰的光子带隙。重点研究了一种材料为复折射率时的光学传输特性，以及当结构发生轴向应变时的“介观压光效应”。结果表明: 当复折射率虚部为负时，透射峰随虚部绝对值的增大先增大后减小，甚至出现衰减; 虚部为正时，发生吸收现象。当光子晶体发生轴向应变时，透射峰随应变量的增加呈现近似L形变化，应变量很小时透射率几乎线性减小，波长越大透射峰变化越缓慢。

通过对光栅电磁理论发展历史的回顾，概述了一维衍射光栅电磁理论的发展历程与现状。通过一维光栅与双周期衍射光栅的结构参数的对比与实例的研究，指出双周期衍射光栅在应用上比一维衍射光栅有更加优越的性能；同时通过两种光栅编程仿真效果也表明：双周期衍射光栅理论的发展还不成熟，不能像一维光栅理论那样，作为研究光栅特性及器件设计的理想工具。最后基于对多种双周期光栅电磁理论的研究对比，总结了双周期光栅理论发展现状以及对以后的展望。

提出了一种新颖双周期光纤光栅传感器.在同一段氢载光纤上先后写入长周期光纤光栅、短周期布拉格光纤光栅,利用长周期光栅和布拉格光栅对应变和温度敏感性的差异,可实现应变和温度的同时测量.实验中采用这种灵敏结构的双周期光栅,在0～1700 με和20 ℃～120 ℃范围内,测量精度可达到±16 με和±0.8 ℃.