利用时域有限差分算法（FDTD）对微纳结构靶的光场分布进行仿真模拟，探究微纳结构靶中的光传输机制，分析材料特性和结构参数对光传输特性和光场分布的影响。基于光场分布及演化的仿真模拟结果，对比半导体氧化铝、绝缘体二氧化硅和金属铜三种导电性不同的材料上纳米线和纳米孔阵列微纳结构靶的激光传输特性，分析光传输过程中的光场分布变化。研究结果表明，通过改变氧化铝和二氧化硅纳米孔（线）阵列结构靶中孔洞（纳米线）直径和间距等结构参数，可以实现对微纳结构靶中光传输特性和光场分布的调制，实现光场在介质材料和真空区域间的周期振荡分布，或是以一种稳定形态传输；激光在铜纳米孔阵列中传输时，透光性随孔洞半径的增加而增加。基于光场分布及演化的仿真模拟结果，对比不同材料、不同微纳结构靶的激光传输演化特性，给出物理图像及对应现象规律，根据光场调控需求，给出微纳结构靶设计。

聚四氟乙烯由于具备低介电常数、对0.7~2.5 THz的光传输损耗低等特性，在光子晶体基底材料领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。采用飞秒激光器对聚四氟乙烯薄板进行制备二维光子晶体的工艺研究，其中激光器脉宽为388 fs，重复频率为100 kHz。通过对激光烧蚀试验结果拟合，得到聚四氟乙烯薄板在1040 nm波长下的单脉冲损伤阈值为840 mJ/cm²。此外，分析了不同激光参数对二维光子晶体制备工艺结果的影响，发现激光在多脉冲叩击法路径下获得的单层微孔加工质量最好。进一步研究了激光加工功率、扫描速度和扫描次数对圆柱形周期性结构的影响规律，结果表明，在激光加工功率为9 W、扫描速度为100 mm/s、扫描次数为9时能获得结构均匀的微孔阵列。本试验对采用超快激光加工制备聚四氟乙烯二维光子晶体有一定的参考价值。

传统的激光打孔方式效率低、速度慢，而应用激光高速转镜制备医用钛合金微孔模板可以在百秒内制备上万个微孔结构。为此，对高速转镜制备医用钛合金微孔模板进行了研究，探究了激光参数、转镜扫描速度对打孔孔径、深度、锥度、孔形貌的影响，当高重复频率激光功率达到500 W时，钻孔孔直径可达100 μm，深度为156 μm，锥度趋于0。高转镜扫描速度最大可达1000 m/s，加工前确定孔距、行距等相关参数，加工效率可达万孔每秒。另外，为增大加工孔径，提出一种优化加工工艺技术，对常规转镜旋转扫描时需要进行校正的转镜扫描位置偏差进行利用。此方法可使最终孔直径达到150 μm，对生物涂层材料及药物沉积钛合金微孔模板更有益处。

对线偏振平面波垂直入射到亚微米金属膜圆孔阵列的透射谱进行了研究,优化结构参数后得到的最大透射率可达0.896,远大于圆孔阵列的孔填充比,突破了传统理论的预期。对金属膜圆孔阵列的电场分布、波导模式、相位特征及色散关系等进行了分析,研究了基于金属膜圆孔波导的异常透射机制。研究发现,表面Bloch波的存在使得金属膜圆孔阵列的上方形成了一套二维周期性的光晶格,并且光晶格的电场分布中心正好在金属膜圆孔部分的上方。当光晶格的电场模式与圆孔中的横向本征电场模式匹配时,将导致较大的耦合效率。如果电场模式沿着圆孔传播时满足相位匹配条件,就能保证圆孔中的光能从圆孔中有效地耦合出来,进而形成较大的透射率。该机制不但可以解释较厚的二维金属膜圆孔阵列的光频段异常透射现象,而且适用于太赫兹波段。如果在圆孔中填充大折射率介质,还可以实现波长远大于孔半径情况下的较大透射率。

从理论和实验上研究涡旋光束通过具有费马螺线分布微孔结构的衍射板后拓扑荷数的变化情况,以及光束强度分布的衍射和聚焦特性。利用一个正透镜对衍射光束进行聚焦,观察和研究聚焦光束在焦平面后一定范围内的光强分布变化情况。衍射光束的最内环光强分布在束腰前后约有五个变化阶段。这一变化趋势适用于涡旋光束通过微孔沿不同费马螺线分布的衍射板的情况,无论是螺线旋转方向的改变,还是螺线结构数目的改变。通过衍射光束与球面波的干涉来验证拓扑荷数的变化规律。结果表明,这种衍射可以产生新的拓扑荷数,其变化与入射涡旋光束的相位波前和螺旋微孔阵列的相对旋向有关。

通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上生长了MgZnO薄膜, 结合光刻和聚苯乙烯(PS)小球模板技术, 制备了基于Ag微孔阵列电极结构的MgZnO紫外探测器。与基于常规金属薄膜电极的器件相比, 基于微孔阵列叉指电极的MgZnO基紫外探测器的光电流提高近6倍, 同时其暗电流和响应时间基本保持不变。通过紫外-可见透射光谱和电学性质等表征, 讨论了Ag微孔阵列结构电极对MgZnO薄膜紫外光电探测性能的影响机制。本研究为制备高性能紫外探测器提供了一条可行的途径。

本文采用自组装纳米球热压印技术, 在旋涂有聚丙烯酸(PAA)薄膜、聚苯乙烯(PS)薄膜的基底上, 旋涂SiO2纳米球溶液, 通过自组装形成纳米球三维密排结构, 接着进行热熔-沉陷处理, 在PS薄膜形成周期性、六角密堆积纳米碗状阵列, 接着利用PAA的水解特性去除PAA薄膜, 将PS薄膜翻转并移至硅片基底上, 通过氧离子刻蚀, 得到纳米孔阵列掩模, 最后结合电子束蒸发镀Al, 制备出大面积、周期性的Al纳米盘阵列。同时也研究了三层膜结构的均匀性对制备大面积、周期性纳米盘阵列的重要性。基于自组装压印技术制备圆盘阵列的研究比传统纳米制作技术操作更简单、效率高、成本低; 同时在新光学元件的基础研究、太阳能光伏设备方面具有潜在应用。

润湿性与固体材料表面的微观几何结构和表面化学组成密切相关, 是固体材料表面的一个重要特性体现。文章用实验和仿真的方式研究了双面超亲水和双面超疏水表面的润湿特性。首先采用纳秒激光钻孔技术在厚度为35μm的铝箔上加工微孔阵列, 得到了双面超亲水铝膜表面; 然后将铝膜在十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)浸泡20h, 铝膜从双面超亲水表面改性为双面超疏水表面; 研究了改性前后铝膜的液滴渗透情况。用COMSOL Multiphysics中的两相流分析模块研究了基于双面超亲水和双面超疏水状态下的微孔通道内的水渗透过程, 仿真结果和实验结果基本一致, 对实验起指导作用。

提出了一种基于光纤端面金属正六边形晶格圆孔阵列-二氧化硅结构，该结构的表面等离激元耦合作用受到其法布里-珀罗腔的加强，获得了较好的光谱传输特性。采用时域有限差分法对该结构进行数值仿真，研究了正六边形晶格圆孔阵列结构中圆孔直径和阵列周期等参数对反射光谱的影响，并分析了基于该现象的折射率传感特性。仿真结果表明：当金属厚度、圆孔直径和阵列周期分别为100 nm、200 nm 和530 nm 时，该结构展现出较好的反射特性。并在此基础上优化结构参数，获得486±4 nm/RIU 的折射率灵敏度，能为应用在环境监测、食品安全等传感领域提供一个新的技术支持。

周期性亚波长孔阵列的异常透射性质在亚波长光电器件设计中具有重要意义。两层或更多膜层上周期孔阵列结构, 由于层之间电磁场的相互作用可以导致新的光学性质。利用时域有限差分方法理论研究了带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性。结果表明: 该结构在近红外波段的透射谱存在多个透射峰, 并且透射峰的数量、位置和强度可以通过改变结构的几何参数和介质膜的材料进行调控。详细分析了介质膜的厚度和折射率、孔阵列的周期、矩形孔的边长等因素对多层膜矩形孔阵列透射谱的影响, 为利用多个表面等离子共振设计多波长控制器件提供了一定的参考。