数值研究了由同心C3型孔和圆环孔单元结构组成的复合超表面在近红外波段内的表面等离子体三重法诺共振效应与光学传感现象。研究结果表明，通过改变C3单元结构的对称性破缺不仅能够诱导产生可调的多重法诺共振效应，还能构建基于该效应的自参考光学传感。此外，通过改变圆环单元结构的内半径能够实现基于法诺凹陷深度的辐射监测传感。该研究为设计紧凑、可调谐的法诺共振光子器件提供了新的视角，同时可将周期性亚波长金属纳米结构扩展至生物传感和光通信领域的相关应用。

结合流体动力学介电模型以及尺寸依赖介电模型,提出了一种可用于描述金属纳米结构中表面等离激元非局域和尺寸效应的介电理论模型。利用不同介质模型对半径为1~100 nm的银纳米球进行电子能量损失特性和光学特性的仿真对比,结果表明该理论模型可在较大的能量范围(1~5 eV)和尺寸范围(2~200 nm)内,兼容有效地反映出局域、非局域、尺寸、甚至是类量子尺寸等效应对金属纳米结构表面等离激元特性的影响作用。同时,研究结果还有助于理解表面等离激元在纳米尺度上的共振模式、能量分布机理和动态演化机制,为等离激元器件的开发设计提供了参考。

在贵金属纳米颗粒阵列中所形成的表面晶格共振能够有效抑制体系辐射损耗、提高共振品质因子、增大局域场强,已被广泛用于设计高性能微纳光子器件。实现垂直与平行表面晶格共振的同时激发对阵列结构光学响应的调制及应用具有重要意义。本文设计了由L-形纳米天线构成的阵列结构,计算了成键模式和反成键模式与瑞利异常耦合的光学响应,获得了在消光谱上能够同时形成上述两种表面晶格共振的结论。结果表明,其成键与反成键局域共振模式都可以实现与瑞利异常的耦合,从而激发垂直与平行表面晶格共振。这些特性使得这种非对称纳米颗粒阵列在微纳光子器件的设计方面具有重要的应用价值。

分析了980 nm波长的光在透过制作在金膜上的亚波长周期性孔阵时的透射增强现象。通过建立中心带缺陷孔的三角晶格的孔阵模型, 并采用三维时域有限差分方法对该模型的透射情况进行模拟分析。结果表明通过优化孔阵周期参数可以对特定波长的光实现一定程度的选择透过性。当孔阵周期为450 nm, 中心缺陷孔径为400 nm, 孔阵中单个孔孔径为150 nm时, 980 nm波长光透过该孔阵时具有明显的透射增强效应, 并且距孔阵表面3 μm的远场光斑尺寸被局限在亚波长尺度(880 nm)。研究了使用聚焦离子束在金膜上制备孔阵的工艺, 成功研制了与设计尺寸一致的孔阵。这种孔阵可以集成在980 nm垂直腔面发射激光器上, 用于改善器件的远场光学特性。

We review some of the recent advances in the development of subwavelength plasmonic devices for manipulating light at the nanoscale, drawing examples from our own work in metal-dielectric-metal (MDM) plasmonic waveguide devices. We introduce bends, splitters, and mode converters for MDM waveguides with no additional loss. We also demonstrate that optical gain provides a mechanism for on/off switching in MDM plasmonic waveguides. Highly efficient compact couplers between dielectric waveguides and MDM waveguides are also introduced.