研究了具有周期性孔阵列的金属表面附近的电磁局域态密度(EM-LDOS)，详细讨论了孔的填充因子和孔内填充介质对EM-LDOS的影响。相对于金属平板，具有孔阵列的金属表面附近的EM-LDOS的共振峰会发生分裂；随着填充因子的增加，横向表面等离子体激元的共振峰向低频方向移动，而纵向表面等离子体激元的共振峰向高频方向移动。当孔内填充具有更大介电常数的材料时，EM-LDOS谱中分裂的两个峰都会向低频方向移动，但低频峰的移动相对于高频峰的更为显著。

原子自发辐射效率的提高对单光子源等光电子设备的研究和制造具有重要的意义.本文推导了自发辐射率和局域态密度的格林函数表示形式,通过频域有限差分法求解格林函数,得到自发辐射率的数值特性.分析了在不同金属材料、结构以及辐射波长下的自发辐射率，探讨了其内在的物理机理，结果表明：特定波长下介质的表面等离激元效应会增强自发辐射，不同材料和结构对辐射效率的提高有不同的影响.该研究结果可为新型纳米器件及光电子设备的制造以及优化提供重要的参考.

实验研究了从体材料到纳米晶(NCs)系统中涉及大能隙(5 800 cm-1)的多声子弛豫(MR)。在MR非线性理论框架下, 用单频近似声子谱分析了β-NaGdF4∶Tb3+NCs中Tb3+: 5D3→5D4的MR速率与温度的关系。在12~312 K范围内, 实验数据与理论曲线符合得很好。结果表明, MR的产生主要是能量较大的光学声子起作用。在Rayleigh极限下, 假设Tb3+发射体位于一个纳米球的中心, 使用Green张量方法计算了自发衰减速率Гrad。在纳米球内没有发现局域态密度(LDOS)的明显改变。然而, 当R<35 nm时, 在Chew理论的基础上获得在球外LDOS的一个新的高斯分布。

以Span 80 为模板，采用水热法合成了不同尺寸(4.7~115.5 nm)的β-NaGdF4∶1%Tb3+,1%Er3+ 纳米晶(NCs)。在Rayleigh限(粒子尺寸小于跃迁波长)下，研究了纳米晶尺寸对局域态密度(Local density of states，LDOS)的影响以及镶嵌在β-NaGdF4纳米球中的Tb3+- Er3+的辐射和无辐射特性，进一步揭示下转换过程的物理机制。基于Tb3+- Er3+ 处在 β-NaGdF4纳米球中的模型，用Green函数方法计算了Tb3+- Er3+ 发射体的自发发射速率。在介电纳米球内，Tb3+- Er3+发射体的LDOS没有显著的变化。在小尺寸(Rλ)介电纳米球外，按照Chew的理论，发现LDOS有一个类-Gauss分布。如果R>35 nm(在本实验条件下)，介电纳米球外则只能观测到LDOS 的下降边，LDOS与局域场强的平方E2成正比，因而LDOS的类高斯分布出现的原因应归于小尺寸发射体与局域场相互作用的增强。通过计算纳米晶尺寸与体材料自发辐射速率的比值可直接确定纳米材料中的填充因子。

基于单边傅里叶变换, 本文提出一种研究辐射子的自发衰减动力学演化的普适方法.利用该方法研究了辐射子处于均匀介质、理想微腔和泄露微腔中的自发辐射动力学演化问题, 最后并把这种方法用于处理光子带隙材料中的辐射动力学演化问题.结果表明: 辐射子的自发辐射动力学特性由局域态密度决定, 可以通过调控辐射子周围的局域态密度来调控辐射子的自发辐射特性, 为实现新型的光电子器件提供了理论基础.该方法不仅适用于马尔科夫热库的情况也适用于非马尔科夫热库的情况.

二维光子晶体只有赝带隙,因此能否利用二维光子晶体有效控制原子自发辐射是令人感兴趣也是有实际意义的问题。其中最重要的因素是态密度和局域态密度的性质。采用平面波展开结合晶体群论的方法计算了二维正方格子光子晶体的态密度和局域态密度。其中散射子为空气圆柱,放置在均匀的电介质背景上。结果显示两个特点：第一,总态密度和局域态密度在原来二维光子晶体赝带隙处虽然已经不为零,但是取值明显低于赝带隙范围之外的值,即存在一个准光子带隙。第二,局域态密度在空气散射子界面处发生突变,空气散射子区域的局域态密度相对较大,这可由电位移矢量的连续性来理解。由于这两个特点在其他二维光子晶体中也被发现过,它们可能是普遍存在的。