基于表面等离子激元构造了一种边界耦合模式的金属-绝缘体-金属结构滤波器，该滤波器由两个斜对称矩形环谐振腔及波导管所组成，采用有限元法对该滤波器进行仿真计算和分析，得到它的磁场分布图和透射谱线图。结果表明，该滤波器在通带部分的透射率最高可达0.969，阻带部分的透射率最低接近为0，同时还具有通带与阻带较宽、透射谱线平滑的特点。调节结构参数可使得透射谱线图发生红移或蓝移的现象，设置特定的结构参数可以实现在保持第一通信窗口通过的状态下，对第二、三通信窗口的通断进行选择性控制的功能，因此，该滤波器可作为一种带通/带阻滤波器，在高密度集成电路和光纤通信中有着非常重要的应用。另外通过结构的改进并加入电光材料DAST实现了一种电光开关的功能。

针对现阶段表面等离子体激元(SPP)传感器存在灵敏度低、结构制造复杂等问题，提出了一种由金属-绝缘体-金属波导和嵌入银纳米棒的谐振腔构成的高灵敏度、可调谐的SPP传感器。采用时域有限差分法对所设计传感器的光传输特性及传感特性进行了理论研究。仿真结果表明：当谐振腔引入或者不引入银纳米棒时，传输谱在500~3500 nm波长范围会呈现4个或者2个谐振峰；该结构的折射率灵敏度高达2116.72 nm/RIU,品质因数为27.503；通过对谐振腔填充乙醇，该结构可实现对环境温度的测量，温度灵敏度可达0.982 nm/℃。

基于口径耦合的方法提出了金属-绝缘体-金属电压可调滤波器,该滤波器由两个非对称的矩形环腔和一个矩形波导管组成,其中非对称的矩形环腔内填充有机电光材料4-二甲氨基-N-甲基-4-甲苯磺酸盐(DAST)。利用有限元法仿真分析了非对称矩形环腔波导结构的透射光谱、谐振波长分布和磁场强度分布。结果表明,该滤波器的传输频谱比较平滑,通带带宽和阻带带宽较宽,通带的透射率高达97%,阻带的透射率低至0.01%。该滤波器的特性不仅可以通过改变结构参数进行调整,还可以通过施加控制电压进行调节,可调节性较高,且优化结构后阻带带宽更宽,可在集成光学中应用。

设计了玻璃基底上的边对边型纳米棒聚合体周期性阵列结构,研究其磁共振机理,并用以实现Fano型共振。在横向激励下,即外加电场垂直于纳米棒长轴时,平面型纳米棒三聚体可实现单次Fano共振,而金属-绝缘体-金属型(MIM)纳米棒聚合体可实现双Fano共振。采用有限元法模拟分析了聚合体阵列在可见光至近红外波段内的近场电磁分布和远场消光谱,研究了其共振峰的特性与实现机理。分析表明,纳米棒局域表面等离激元共振模式的近场耦合与叠加,激发其磁表面等离激元(MSPs),从而得到Fano型共振。尤其MIM纳米棒的引入,为双次乃至多次Fano共振的实现提供更多可能。所设计纳米棒聚合体阵列的Fano共振损耗小,品质高,其带宽仅为30~50 nm,有望应用于多波长生化传感检测、光开关等器件中。

从理论上和数值上研究了一种基于金属-绝缘体-金属波导耦合纳米腔的等离子体三波分复用结构。该结构由三个输出通道组成, 每个通道由两个纳米腔分布于直波导两侧。通过改变环的几何参数、填充介质和内圆和外圆的相对位置, 可以动态地调节每个通道的反射和透射光谱。最后, 根据三个通道的反射和透射特性, 研究了在三个通信波长1 310、1 490和1 550 nm处实现的解复用, 并具有优良的性能。将时域耦合模理论和时域有限差分法(FDTD)结合起来进行仿真和分析, 为芯片集成全光电路的应用提供了可能。

设计了一种由内嵌金属方芯的金属-绝缘体-金属方形气腔以及两个侧耦合波导组成的耦合结构, 并采用有限元方法研究了该结构的传播特性.结果表明: 通过对气腔内金属方芯偏离角和偏离距离的调节可以获得并调制Fano共振; 该Fano共振由对称破缺或几何效应影响左右波导和谐振腔之间耦合区域中的场分布强度所致, 场分布模式的变化是由波导模和腔模之间的干涉引起的.此外, Fano共振的光谱位置和调制深度对偏差参数十分敏感, 通过计算不同偏差角及偏差距离下的折射率传感特性发现, 其折射率敏感度最高达1 508 nm/RIU, 品质因数最高达1 308.研究结果为设计更加灵活、简单、高效的片上等离子体纳米传感器提供了理论依据.

通过在金属-绝缘体-金属表面等离激元波导单侧引入平行的双谐振腔结构，实现了等离激元诱导透明效应的数值模拟，基于谐振耦合导致的模式分裂理论揭示了单等离激元诱导透明透射峰的形成机理，并数值研究了透射峰幅度及谱宽与模型结构参数的依赖关系。在此基础上设计了在波导双侧三腔结构，并对其透射谱进行了数值仿真，结果表明：选取适宜腔长及间距参数，可以在三腔模型中产生双等离激元诱导透明透射峰，并且峰值位置可以随腔长以近似线性关系改变。

采用有限时域差分法，研究了内嵌金属块长度与夹缝宽度对金属绝缘体金属波导结构的光透射特性的影响。研究发现，此结构相比较于单一直波导而言，出现了一个很明显的透射峰。并且当金属块的长度较大时，其与波导上表面的金属之间形成的夹缝会构成法布里珀罗腔，高阶共振模式被激发，能量在腔内不断谐振，从而产生多个不断衰减的共振峰。同时，提出了一种基于内嵌双金属块结构的表面等离激元带通滤波器，此滤波器在共振峰以外波段的透射率可以下降为0，且其共振波长可以通过改变金属块的长度等参数进行调节。

设计了一种可调的等离子体诱导透明(PIT)效应的双槽谐振器的金属-绝缘体-金属(MIM)表面等离子体波导结构。利用微腔共振模式实现对表面等离子体在波导中传输操控。分别改变槽的长度，两槽之间的距离和槽填充材料的介电常数实现特定滤波效应，结合电场分布分析表面等离子体在波导中共振产生的电磁诱导透明现象，并设计动态可调的等离子体诱导透明效应器件。利用有限元法(FEM)对设计进行数值模拟。