提出了一种顶锥壳阵列超宽带全向超材料吸收器, 研究了圆顶锥壳的几何参数、顶部的几何形状以及不同密排方式对宽带吸收的影响。研究了包覆金属薄膜的圆顶锥壳阵列在太阳辐射能谱区的超宽带吸收特性, 结果显示在250~2500nm范围内的平均吸收率达到95.39%。在0°~65°的大角度入射下, 对于TE和TM偏振的平均吸收率分别为92.7%和94.59%, 表明所提出的结构具有偏振无关和入射角不敏感性。空气质量1.5加权平均吸收率为95.24%, 证明能够有效地吸收地球上的太阳辐射。通过结合胶体球光刻技术和表面镀膜成功制备了所提出的吸收器, 初步测试结果表明, 其吸收性能存在提升空间。

提出一种金属-介质-金属非对称圆形结构,该结构由两个圆形谐振腔、一个传输波导和两个耦合波导组成。利用谐振腔的局域作用加强表面等离激元的耦合作用,获得较大的透射率。采用有限时域差分方法研究了圆形谐振腔半径、个数和两圆腔中心距离对强透射特性的影响。结果表明,当非对称圆形谐振腔的半径为100 nm、两圆间距为200 nm时,该结构具有较高的透射率。通过优化主要参数,所设计结构的平均阻带宽度为1000 nm,工作范围可增大到2500 nm。

基于有限时域差分(FDTD)算法优化一类宽带光学透射的金属网格透明电极。设计的Ag、Au 和Cu 网格阵列在可见光(Vis)波段的透射率约70%，近红外(NIR)波段的透射率约90%。为提高透明电极的效费比和工艺兼容性，选择Cu作为电极材料，并分析封装材料、Cu纳米带表面粗糙度和工艺误差对透射率的影响。结果表明采用高折射率封装材料和增加Cu纳米带的表面粗糙度可以分别增加NIR 和Vis波段的透射率，减小NIR 波段频带宽度；增加铜纳米带的误差宽度会降低Vis-NIR 波段透射特性和减小NIR 波段的频带宽度。在封装材料折射率不高于1.5，铜纳米带的表面均方根粗糙度不超过8 nm 和误差宽度不超过20 nm 时，优化的Cu网格阵列在Vis-NIR 波段有较好的透射特性，可作为透明电极应用到光电器件。

基于随机激光的时域理论, 建立了横磁与横电光波模式共享反转粒子数情况下的理论模型, 并利用时域有限差分法（FDTD）数值求解麦克斯韦方程组和速率方程组, 从而获得了二维随机介质内横磁与横电光波模式的阈值特性。结果表明, 如果横磁与横电偏振模式之间没有共享反转粒子数, 则横磁光波模式拥有较低的激发阈值; 反之, 则横电光波模式的激发阈值更低。在共享反转粒子数的情况下, 改变样品的表面填充率对两种偏振模式的阈值并没有很大的影响, 而增加样品面积则可以明显的降低横磁模式的阈值。

针对二维光子晶体在光束调整和光束偏转中的应用,采用平面波展开法、二维有限时域差分法和完全匹配层吸收边界条件,从理论上研究了二维方形光子晶体结构中TM模式的自准直现象。通过分析光子晶体的能带结构和等频图,基于二维光子晶体的自准直效应和光子带隙,对光波在二维光子晶体中的传播特性进行了讨论。数值计算表明,通过在合适的方向引入不同的线缺陷,可以实现自准直光束的1×2和1×3分束以及光束偏转。最后讨论了透射光束和偏转光束的能量随线缺陷半径的变化关系。所设计的器件极大地扩展了光子晶体在高密度光学集成电路中的应用。