提出了一种基于电磁诱导透明（EIT）的多功能偏振无关超表面，其基础结构由1个金属十字结构和4个方环结构组成，并引入了可调控材料硅（Si）以及二氧化钒（VO₂），以实现温光双控。利用模拟计算和理论模型分析得到了基础结构作为双明模间接耦合形成EIT透明窗口的结论。由于EIT以及可调控材料的特性，本设计可以在分子传感、可控慢光以及双通道温光双控开关等领域实现应用，并且具有优异的性能。该结构对蔗糖溶液的传感灵敏度为97.6 GHz/（kg/m³），在分子检测领域展示出了巨大潜力。该结构实现了对慢光效应的可选择控制。依据EIT的作用机理，提出了利用可调控材料改变结构谐振进而控制电磁响应的设计思路，并实现了一种双通道温光双控开关，为今后的EIT超表面设计提供了参考。

高速率、低功耗的小型化电光调制器是现代电通信网络和微波光子系统的关键组成部分。基于人工表面等离激元的慢光效应，设计了一种利用金属光子晶体电极的马赫-曾德尔干涉仪电光调制器。通过在薄膜铌酸锂光子芯片上调控微波色散与群速度，实现了微波与光波之间更强的相互耦合作用。对电光重叠积分因子的分析表明，这种结构相较条形电极结构可以通过更短的传播长度得到相同的相移，实现高效的调制过程。同时，所提慢光效应结构也可以应用于其他集成化的电光器件。

基于金属-石墨烯耦合的开口谐振环超材料，在0.8~1.2 THz范围成功实现等离诱导透明效应（PIT）。通过调节石墨烯的费米能级可以在0.929 THz和1.037 THz处实现振幅调制，最大调制深度分别为96.05%和65.40%。通过提出等效电容耦合结构来量化偏置电压与石墨烯费米能级的关系，该结构在慢光应用的研究结果表明，当偏置电压为30V，石墨烯宽度为2 μm时，群延时、群折射率、延时带宽积和Q值分别可达93.12 ps，756.67，9.31，10.19。该研究结果对可调谐慢光器件的应用具有潜在的推动作用。

太赫兹(Terahertz, THz)波在无线通信、生物医学、无损检测、军用雷达等领域具有潜在的应用前景。研究THz慢光效应对THz通信和检测技术具有非常重要的实际意义。目前已报道的THz慢光效应研究还面临一系列问题。由于具有结构设计灵活和电磁特性可设计的特点, 电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency, EIT)超材料为THz慢光效应提供了崭新的研究平台。介绍了基于EIT超材料的THz慢光效应的基本原理以及近年来的研究进展, 并对THz慢光效应的发展趋势进行了分析和展望。

设计了一种超材料三维模型,由闭合方环和4个开口谐振方环通过正、反向双开口方环与闭合方环相互耦合来组成,在太赫兹范围内具有多波段电磁诱导透明(EIT)效应。该结构分别实现了在1.21、1.46、1.61、1.98THz这四波段的电磁诱导透明现象,并且谐振强度均达到0.9左右。通过将结构单元进行拆分并相互对比分析,研究了该超材料结构产生多波段EIT效应的物理机理,并重点分析了开口大小、闭合方环尺寸对EIT强度与带宽的影响。通过对三维立体结构仿真分析可知,所设计的超材料不仅在多个波段获得了较高的折射率灵敏度,还具有高强度、多频点的慢光效应。因此,其在折射率传感与光缓存器件等领域,具有良好的应用前景。

本文设计了一种基于同心纳米圆环谐振腔的金属-介质-金属(MIM)表面等离子体光波导(SPW), 其中外侧是一个完整的环形谐振腔, 而内侧环形谐振腔带有一个微小缺口。利用数值和解析方法分析了不同几何参数下的传输特性。可以发现, 当缺口宽度θ=5°, 位置φ=45°时, 会在波长674 nm处产生明显的等离子体诱导吸收(Plasmonic Induced Absorption, PIA)现象。基于此, 首先研究了该结构在折射率传感器方面的应用, 研究结果表明, 其灵敏度超过600 nm/RIU, 最大品质因子约为700。其次研究了其快光和慢光特性, 在PIA传输谷处会产生约-0.081 ps的光学延迟, 意味着较大的异常色散和快光效应, 而在PIA传输谷两侧的传输峰处会分别产生约为0.045 ps和0.043 ps的光学延迟, 意味着较大的正常色散和慢光效应。这种表面等离子体光波导结构在折射率传感器、纳米滤波器、光开关和片上纳米光学器件集成等领域有一定的应用前景。

设计了一种平面-立式相结合且能够通过三维耦合方式实现多波段宽带电磁诱导透明效应的超材料。通过3个立式开口环与平面闭合方环相互耦合,该超材料结构实现了0.68 THz与1.09 THz双波段的电磁诱导透明现象,带宽分别可达0.38 THz与0.74 THz。通过拆分表面金属结构并相互对比,分别研究了该超材料结构实现多波段与宽带电磁诱导透明效应的机理,同时分析了3个开口环的间距、臂长对电磁诱导透明强度与带宽的影响。仿真分析表明:该超材料结构能够于太赫兹波段实现多频点高强度的慢光效应,并具有较高的折射率灵敏度,在光缓存器件与折射率传感领域有一定的应用价值。

考虑光子晶体中场局域效应, 在等效介质理论的基础上利用场平均法得到二维三角格光子晶体的等效折射率.该折射率与平面波展开法得到的结果非常吻合.考虑慢光效应对非线性效应的增强, 引入慢光增强因子得到该光子晶体的等效非线性折射率系数.该光子晶体的等效非线性折射率系数表现出强烈的色散效应, 即随归一化频率的增加而逐渐减小, 达到最小值后迅速递增, 体现了场局域效应和慢光效应对光子晶体中非线性效应的共同作用.本文研究对利用人工微结构调控光学非线性效应具有一定参考价值.

为研究拉曼抽运源相对强度噪声（RIN）和布里渊慢光对基于分布式拉曼放大(DRA)的远距离布里渊时域分析仪（BOTDA）的负面影响，分别采用解析法和数值法分析了传感光纤中拉曼抽运光、布里渊抽运光和探测光相互作用的振幅耦合模型。对拉曼抽运源RIN传递的研究表明:RIN强度每增加1 dB，检测信号信噪比(SNR)降低约1 dB；当RIN值小于-135 dB时，其影响可忽略不计。对布里渊慢光的研究结果表明:分布式拉曼放大补偿光波线性衰减的同时，增加了由布里渊慢光延迟导致的光学时域反射定位误差。该定位误差使不同扫描频率获取的检测信号时间迹上同一时刻点对应不同的传感光纤空间位置，影响了布里渊谱的三维重构及其布里渊频移的准确提取。

以光子晶体缺陷模理论和慢光效应为基础，提出了一种基于光子晶体的多通道滤波器结构用于二维光码分多址(2D-OCDMA)系统编解码的方案，并分析其编码性能。根据耦合模理论，通过缺陷谐振腔的滤波作用，用户光信号按地址码序列切割成多个脉冲序列，完成对用户信号的谱域编码。由于光子晶体波导的慢光效应，微米量级编码器结构的时延可以达到纳米量级，达到正确编解码的标准。设计的2D-OCDMA三码片编码器中心波长分别为1545.00,1555.30和1570.60 nm，缺陷间隔时延为0.4 ns。由于透射谱几乎不存在旁瓣，所以解码时信号基本上不会出现干扰，保证了用户发送和接收信号的准确性。