在金属板与电介质材料板基底间插入色散特异材料板形成三明治结构, 并对其Casimir作用力进行了研究. 基于Casimir-Lifshitz理论, 通过麦克斯韦应力张量计算了真空涨落的辐射压, 并对三明治结构利用电磁模式传输矩阵方法进行了数值计算分析. 计算结果表明, 原本两板结构中存在的Casimir吸引力, 在插入特异材料板后的三明治结构中将转变为斥力, 从而使轻薄的金属板产生量子悬浮效应。讨论了特异材料板的色散电磁响应特性以及电介质板基底的影响, 结果表明特异材料磁等离子频率越大、磁共振频率越小以及电介质板基底的介电常数越小时, 三明治结构中获得的斥力越大. 此外, 板间距增加到一定范围时, 三明治结构中将出现Casimir平衡回复力.特异材料填充因子越小、三明治结构中层距和层厚越大时, 三明治结构间的回复力会出现在较长距的位置. 三明治结构中的量子悬浮效应与平衡回复力可保证微纳米机械系统稳定性, 展现出基于真空辐射压的应用前景.

基于光线传输矩阵理论, 研究了含特异材料环形腔内光波光斑半径和相对光强的分布特性。结果表明: 以负折射率材料内部作为起始位置, 光波传输一周后, 子午面和弧矢面光斑半径均较大, 中心光强较弱。当光波离开负材料后, 光斑半径迅速减小, 由于凹面镜的影响, 在其表面又达到极大值, 但较负材料内部光斑半径小很多。当光波传输起始点远离凹面镜后, 光斑半径依次减小, 在两平面镜中心达到最小值, 此时中心光强最大。在此基础上, 分析了负材料长度和介质折射率对光波束腰半径的影响。研究发现, 介质长度对环形腔内子午面和弧矢面的束腰半径影响较小, 但介质折射率对负材料内部束腰半径的影响较大。

最近人们[1-3]提出了一类反射式梯度特异材料表面系统, 此系统可以高效地将入射波转换成被束缚于材料表面的表面波, 这个系统成为连接行波和表面波的一座桥梁。以往人们研究梯度特异材料表面的反射特性时多是以入射平面波为主, 这里我们结合实际, 以入射的高斯光束作为研究对象, 讨论梯度特异材料表面对其的反射特性, 尤其是高斯光束的主入射角和束腰对反射行为的影响, 得到了与平面波入射不同的反射现象。对于临界角为17.2°的梯度特异材料表面, 束腰为4 的高斯光束以主入射角分别为0°、10°、30°入射时, 我们发现随着主入射角的变大, 入射高斯光束转变为表面波的比例增大; 而固定主入射角为30°, 我们通过改变束腰, 发现束腰越大, 波矢分布越窄, 越接近于平面波, 转变为表面波的效率就越高。在数值模拟中, 反射光束出现了明显的Goos-Hansen位移现象。同时还出现了类似光栅反射的特点, 即分叉现象, 这是由于模拟计算时网格不能无限小, 梯度特异材料表面不能模拟为折射率连续变化的材料而应该是阶跃式变化的材料。由于实际制备的梯度特异材料表面是人工微结构的排列, 因此微小的阶跃式变化的梯度特异材料表面更为实际。我们的工作对于利用梯度特异材料表面将入射高斯光束转变为表面波具有指导意义。

本文在介绍表面等离子波导基本理论的基础上, 主要对表面等离子波导的若干应用进行综述, 包括基于表面等离子波导实现的光学和微波频段的慢波效应、类电磁感应透明现象、可调滤波器, 以及通过对电磁波绕射而实现的隐身效应等。最后指出该领域存在的问题与挑战, 并对今后的发展趋势进行了展望。分析认为, 通过引入增益介质、采用超导材料等方法降低表面等离子波导材料的损耗、减少工艺制作的难度是今后亟待解决的问题。

本文给出了入射到半无限光子晶体上的波的反射系数计算公式。对由普通材料、双负材料和单负材料组成的一维半无限光子晶体中光的反射进行了数值模拟计算。发现半无限光子晶体的反射率曲线与有限光子晶体相比变得平滑,是有限光子晶体迅速振荡的反射率平均的结果。TE波的反射取决于介电常数的差异,而TM波的反射取决于磁导率的差异。单负-单负材料中的场是倏逝场,存在一个通带使场无位相延迟的传播。当满足εB=-εA,μB=-μA 和dA=dB条件时反射率变为零。

利用隧穿机制研究了含磁光金属Co6Ag94的三明治结构（磁光金属嵌入两个磁光光子晶体中）的透射性质和磁光法拉第旋转效应。在含磁光金属的三明治结构中，分别研究了双透射峰和单透射峰两种情况。研究结果表明，无论是双透射峰还是单透射峰情况，局域在磁光金属和磁光光子晶体界面上的电磁场，都能够同时增强磁光金属的透射和磁光法拉第旋转效应。另外，分析了磁光金属Co6Ag94存在增益时该三明治结构法拉第旋转角达到-45°的情况，此性质为设计小型化的磁光隔离器件提供了理论依据。

从理论和实验上研究了镂有三角晶格小孔阵列的金属薄板表面波禁带行为，通过改变小孔直径以及其他几何参数，发现三角晶格是表面波完全极化禁带产生的原因。利用该表面波完全禁带实现了点源的定向辐射。通过测量放在该平板表面的偶极子天线辐射源的远场方向图，观测到在表面波完全禁带里面，远场方向图的E面和H面半高宽分别只有5.6°和6.2°。

从理论和实验上研究了一种具有C3对称性的平面特异材料中的类Fano谐振模式。该平面特异材料由互补劈裂开口环谐振器(CSRRs)周期排列而成, 每个原胞包含3个缝隙, 具有三度旋转对称性。当水平偏振的电磁波入射到该结构时, 具有高品质因子的类Fano谐振模式可以被激励, 透过率频谱上表现为尖锐的谐振峰。该类Fano谐振由单元内3个CSRR局域模式的平面内耦合形成的对称态和反对称态耦合产生, 在传感器、滤波器方面有广阔的应用前景。

采用稳态相位法研究了正折射率材料/各向异性特异材料/金属三明治结构反射波的Goos-Hanchen(GH)位移.分别给出了在第一界面处发生全反射和部分反射情况下GH位移的解析表达式，并分析了含有4种不同类型特异材料三明治结构反射波产生GH位移的条件及GH位移的正负情况.通过数值计算系统研究了各向异性特异材料的光轴与界面的夹角α、入射角φ以及特异材料厚度d对GH位移的影响，计算结果与理论分析有很好的吻合.通过对特异材料结构中GH位移的研究，将有利于特异材料在微波或光学系统中的应用.

通过左右手复合传输线(CRLHTLs)实现了一维的特异材料(Metamaterials)，基于Metamaterials单元构成了光子晶体，并分析、测试了其传输特性.实验结果表明，由特异材料构成的一维光子晶体具有Bragg带隙和等效的单负带隙.当晶格尺度同比例改变时，等效的单负带隙基本上不发生移动，并且带边分别由零平均介电常数ε=0和零平均磁导率μ=0决定.零平均折射率(zero-n)带隙和零有效相位(zero-φeff)带隙可以理解为一种等效的单负带隙.对由Metamaterials构成的一维光子晶体传输特性的研究，有助于Metamaterials在射频／微波电路和仪器中的应用.