在二维光子晶体中嵌入了线缺陷，利用线性干涉效应和波导耦合，设计了一种基于二维光子晶体的同或门和与非门结构。主要采用平面波展开法对该二维光子晶体的能带结构进行分析，采用时域有限差分法，结合线性干涉效应，在Rsoft平台对所设计的同或门和与非门进行稳定电场图和归一化功率仿真。仿真结果标明：设计的同或门对比度高达29.5 dB，响应时间为0.073 ps，数据传输速率为13.7 Tbit/s；设计的与非门对比度高达24.15 dB，响应时间为0.08 ps，数据传输速率为12.5 Tbit/s。这些结果表明所设计的结构对比度高、响应时间短和数据传输速率快。

随着电气化的发展，电气与电子系统中的电磁兼容问题越来越被重视，为了消除或抑制电磁耦合的影响，实现设备或元件电磁兼容的工作，有必要对线缆间的串扰进行研究。但目前少有相关研究关注独立的发射回路与接收回路构成的双差模回路间的电磁串扰问题。提出了一种基于多导体传输线理论的五导体传输线模型，并基于此研究了双差模非屏蔽线缆回路间的串扰问题。该方法根据耦合机理，首先建立单位长度五导体传输线等效模型，然后根据有限差分的方法列写基尔霍夫方程组，最后补充边界条件后求解得到串扰的频域解。将串扰计算结果与CST软件仿真结果进行对比，验证了该模型和计算方法的可行性与有效性，经计算分别研究了感性耦合与容性耦合，分析得到了不同因素对线束间串扰的影响规律，可为实际工程中采取措施抑制线缆间串扰提供指导，体现出该模型的先进性。

超透镜是基于超表面对光场调控的成像器件，由于其具有体积小型化、工艺流程化的优势，在器件轻量化、便携性方面具有很好的应用前景。针对当前市场对透镜的体积需求，使用时域有限差分法模拟了一种新型结构的超透镜，它是基于光子晶体的平板超透镜，尺寸为长2 μm，宽1 μm，工作波长在717 nm可见光波段。该平板超透镜以TiO₂波导作为衬底，由Au和GaP两组周期相同的光子晶体呈相切的结构共同蚀刻在TiO₂波导上，模拟研究透镜成像效果。此外通过引入一系列不同形状的缺陷，研究其对平板透镜成像结果的影响，结果表明，当缺陷结构为矩形尺寸：Lx = 0.5 μm，Ly = 0.8 μm时，该平板超透镜呈现出最好的成像效果，达到了0.556 λ数值的超分辨，极大地提高了成像质量。未来该平板超透镜在可便携的成像设备，AR，VR以及小型医疗设备等各个领域具有极大的发展潜力。

设计出一种工作在可见光波段宽入射角度范围具有高消光比的金属偏振分束光栅。采用等效介质理论对金属偏振分束光栅原理进行定性分析，利用严格耦合波理论和时域有限差分法对金属Al光栅进行数值仿真并详细分析了结构参数中周期、高度以及光波长和入射角度等参数对偏振特性的影响。结果表明：当Al光栅占空比为0.5，周期为0.15 μm，光栅脊高度为0.15 μm时，在0.4~0.7 μm波段和45°±10°入射角范围内，该金属偏振光栅对TM波高透射，对TE波高反射，光栅透射消光比平均35 dB，反射消光比平均12 dB，最后对制作的金属偏振光栅进行消光比测量，验证了设计结果的正确性。该研究结果对设计和制备高衍射效率、高消光比、宽波段宽入射角度范围的偏振分束器具有较好的实践指导价值。

利用经纬仪进行速度实时求解，一直是测控领域难题，为了提高经纬仪求解速度的实时性及高精度，激光测距光电经纬仪，在反复实验中，提出了一种最佳一致逼近多项式速度求解方法，即保证了速度实时性又保证了速度的精度。首先，利用单站经纬仪加激光测距获得目标空间位置，对激光测距信息采用改进的最小二乘法进行拟合滤波；然后根据求解速度模型，计算速度初值；在采用多项式逼近速度真值时，采用常规的表达形式会产生很大的计算误差，为了减少计算误差，多项式采用三次切比雪夫多项式组合的方式获得最佳一致逼近多项式计算速度函数；最佳一致逼近多项式速度函数使用三次有限差分方法识别速度野值，获得实时、高精度的目标速度值。激光测距经纬仪测速的指标包括实时性（延时<100 ms）和精度（误差<1 m/s）两个指标，把加载在无人机上的较高精度GPS的测速值作为比对值，采用多种算法计算目标速度，实验结果表明：高斯函数方法速度实时性好，但测量速度精度>1.5 m/s；卡尔曼方法求速度精度很好，但是因为用了大量的历史数据，速度值滞后；本文最佳一致逼近多项式法计算得到的速度，实时性好，延时50 ms；速度精度均方差为0.8 m/s，满足设备的指标要求。

设计了一种由一个槽型腔和两个波导耦合构建的金属-介质-金属 (MDM) 滤波器，并利用时域有限差分法对该结构进行了仿真研究，分析了主要结构参数对滤波器传输特性的影响。研究发现：纵向位移L_d对传输特性有重要影响, 会导致新的谐振峰出现; 在一定范围内, 槽腔宽度W_c 的增加使得透射峰增加并且更均匀地分布在600～1500 nm范围内。通过参数优化最终设计了分布于550、730、920、1330 nm波段窗口附近的多通道滤波器，该设计透射峰窄、品质因子良好，且结构简单、易于集成、制作方便，能够很好地运用在波分复用系统及光通信中。