倍增层对雪崩光电探测器内部载流子的碰撞电离至关重要，因此，采用三元化合物In_0.83Al_0.17As作为倍增层材料，借助器件仿真工具Silvaco-TCAD，详细探究了In_0.83Ga_0.17As/GaAs雪崩光电探测器的倍增层厚度及掺杂浓度对其内部电场强度、电流特性和电容特性的影响规律。研究表明，随着倍增层厚度的增加，器件的电场强度和电容呈减小趋势。同时，倍增层掺杂浓度的增大会引起电容和倍增层内的电场强度峰值增加。进一步研究发现，随着倍增层厚度的增加，器件的穿通电压线性增大，击穿电压先减小后增大，但倍增层掺杂浓度的增加会引起器件击穿电压的减小。此外，用电场分布和倍增因子的结合解释了器件穿通电压与击穿电压的变化。

相比传统机械扫描, 光学相控阵技术在扫描精度、扫描速度、转动惯量等方面具有优势, 是实现大视场范围内多目标定位和三维成像的重要技术途径。随着微纳光子集成的发展, 硅基光波导光学相控阵器件得到了广泛研究, 并被视为全景光电成像和激光成像雷达的核心器件。介绍了硅基光波导光学相控阵的基本原理和数学模型, 并设计了一个16元相控阵器件, 对其温度场分布和热特性进行了分析。在此基础上, 对光栅耦合器、MMI分束器、波导光栅天线等关键元件进了有限元分析和仿真, 完成优化设计。基于该设计完成了器件的流片制备, 并搭建了性能测试验证平台。利用该平台对器件的扫描精度(1.2°)、扫描范围(大于 ±30°)和扫描速度(20 kHz)分别进行了测试, 验证了设计方法的可行性。

设计了电子倍增层的多种表层结构, 并模拟分析了表层掺杂分布对电子轰击型CMOS(EBCMOS)成像器件的电荷收集效率的影响。结合离子注入工艺优化设计电子倍增层表层结构, 并利用离子注入模拟软件TRIM模拟分析了不同掩蔽层种类、厚度、离子注入剂量、注入角度和注入能量次数对掺杂分布的影响。再依据载流子传输理论并结合蒙特卡洛模拟方法, 模拟分析了相应结构下EBCMOS中电子倍增层的电荷收集效率。模拟研究结果表明: 通过选择SiO2作为掩蔽层、减小掩蔽层厚度、增加注入能量次数等方法可以提高电荷收集效率。在注入剂量选择方面, 对电子倍增层表层进行重掺杂, 使掺杂浓度下降幅度足够大、下降速度足够缓慢, 也可以有效提高电荷收集效率。仿真优化后表层结构所对应器件的电荷收集效率最高可以达到93.61%。

主要关注空心导体圆柱的等效替代品-圆柱线栅笼的电磁特性，分别基于保角变换和等效电磁场理论进行了等效半径的推导，在此基础上运用电磁仿真软件CST 仿真分析了金属线栅的疏密和粗细程度对测试区电场波形的上升沿、脉宽和峰值的影响，并且对比了圆柱线栅笼和空心导体圆柱两种结构的电场分布。分析结果显示，双锥笼型结构完全能够等效代替空心导体圆柱，且进一步验证了等效半径理论的正确性。

利用基于有限积分法的电磁场仿真软件CST仿真和分析了金属挡板对大型平行线栅有界波模拟器内部可用测试区和外部辐射电场分布的影响。首先建立了平行线栅有界波模拟器仿真模型，并依据GJB 8848证明了其合理性；而后重点分析了金属板对模拟器内部可用测试区电场分布的影响，并通过详实的数据列出了金属板位置、厚度、高度和长度等参数的具体作用效果；然后讨论了金属板对模拟器外部辐射电场的屏蔽效果；最后结合仿真结果提出金属挡板的设置应尽可能地远离模拟器，且有效反射面积越小越好，而对厚度无特别要求。

对金属/化合物/石墨烯复合纳米阵列的消光特性及电场分布进行了仿真研究。研究结果表明，随着石墨烯原子层数的增加，偶极子共振峰强度逐渐增大；改变二层板的结构和石墨烯的厚度，偶极子共振峰峰位由660 nm蓝移到510 nm；外界介质折射率对LSPR的共振峰有着显著的影响；当折射率固定时，石墨烯柱与金属Ag板的底角及石墨烯柱与SiO2板的顶角处的电场增强现象较为强烈。

气体火花开关作为重要部件被大量地应用于直线感应加速器和Z箍缩等大型脉冲功率装置中。绝缘结构设计不合理会使得气体火花开关中出现局部电场畸变和电荷积聚等现象。在高电压脉冲下长时间或高频次运行时, 火花开关中的绝缘子会发生沿面闪络现象, 直接影响到脉冲功率装置的正常运行。鉴于此, 对气体火花开关中的绝缘结构进行了有限元电场分析, 用表面电荷的积聚定性解释了沿面闪络发生的原因。通过对绝缘子的几何结构和电极尺寸的优化设计, 有效降低了绝缘子表面和电极表面的电场强度, 其中阳极三结合点场强从9.4 kV/mm降至1.5 kV/mm, 阴极三结合点场强从2.95 kV/mm降至0.98 kV/mm, 绝缘子表面最高场强从10.8 kV/mm降至4.95 kV/mm。优化后的绝缘结构电场分布较为合理, 降低了由于表面电荷的积聚而引发沿面闪络的概率。