设计了一种由金属Ag和ITO(In2O3∶Sn锡掺氧化铟)薄膜呈周期排布的金属光子晶体(Metal photonic crystals,MPCs)。采用时域有限元差分法(Finite difference time domain, FDTD)计算仿真了周期和周期数对其可见光透光率和反射率的影响规律。研究表明, 当金属Ag和ITO组分比一定时, 随周期增加, 可见光透光率曲线相应变宽, 强度降低。当周期数大于4以后, 可见光透光率曲线不再随周期数增加而相应变宽。随着入射角度的提高, 可见光透光率曲线峰值发生蓝移, 宽度相应变宽, 强度相应降低。随着Ag膜层层数的增加, 可见光透光率的共振峰(透射峰)相应增加。MPCs的可见光透光率峰值与反射率的峰谷具有较好的一一对应关系。

本文描述了由不同厚度的ITO 和Ag 层制成的一维金属介质光子带隙材料1D M-D PBG 的光学透射和反射特性。研究发现，单元尺寸小于80 nm 的金属结构和较小的金属分数会导致光学透射率的提高。对于大于80 nm 的单元尺寸，在可见光的低频和高频的频谱范围内反射率都相应增强。这是由于一种特殊结构和等离子体的带隙的作用。此外，在两个范围内的反射随着增加银膜厚度的增加而提高和扩大。结构引起的反射光谱随着单位尺寸的增大而增大，并且由于等离子体光子带隙的反射超出光学范围。研究结果对1D M-D PBG 光学滤波器的设计有一定的参考价值。

鉴于金属光子晶体结构在滤波、极化、传感、成像等领域的重要作用, 研究了基于三角形晶格的金属光子晶体的超常透射、光子能带和表面波特性。采用三维时域有限差分法对金属光子晶体结构建模, 同时解释超常透射机理;推导和讨论光子能带沿着ΓK和ΓM晶格方向的能带图, 分析不同的表面波特征, 并解释非对称入射下观察到的三角形的两个晶格方向模式分裂效应;建立了描述这种模式分裂效应的精确的表面模式谐振频率公式, 并对金属光子晶体的色散进行了定量分析。研究结果可为太赫兹功能器件的研究提供参考。

求解分析了有损耗情况下二维金属光子晶体的能带结构。在无损耗自由电子模型下，利用界面算子法得到了横磁模式和能带结构。考虑有损耗的Drude模型，并引入同伦法对本征频带进行修正，得到其相应的虚部。结果表明，损耗在表面等离子体频率处存在一个极大值；当频率改变时，损耗急剧减小，并随着倒格矢量值的变化而改变。即使考虑金属损耗，实部频率变化不明显。界面算子法与同伦法的结合为金属光子晶体的研究提供了较好的技术支持。

一维金属光子晶体薄膜是由金属-介质多层结构组成的等效均匀的各向异性超构材料。相比单层金属膜层，该结构在色散调控方面具有更多的自由度。在该结构中由于表面等离子体激元(SPP)的存在，可实现倏逝波的定向传输。在本文中，等效介质理论、时域有限元差分法(FDTD)的计算结果和实验结果都表明，传输倏逝波的波长、频宽和强度可通过金属光子晶体结构调整实现主动设计。金属膜厚比例越小，传输波长的中心和截止波长越长，频带越宽。当金属膜层厚度小于SPP穿透深度时，可获得宽频段的倏逝波的传输。同时，对金属光子晶体在微波波段的传输性能也进行了研究，发现其在微波波段等效介电常数为负，具有良好的反射性能。该结构的屏蔽效能远大于厚度相近的ITO薄膜的电磁屏蔽效能。在厚度只有几百纳米时，该结构即可实现良好的电磁屏蔽效能。通过金属光子晶体薄膜可实现电磁屏蔽材料的薄膜化、轻质化和可视化。

综述了近年来基于光纤端面集成金属光子结构传感器的发展状况。按照等离激元共振方式和传感器探测原理的不同, 将其分为基于表面等离激元共振(SPR)的光纤传感器、基于局域化表面等离激元共振(LSPR)的光纤传感器、基于杂化型等离激元的光纤传感器以及基于表面增强拉曼散射(SERS)效应的光纤传感器。对各类传感器的制备方法、光物理学原理及探测性能进行了概括、对比和总结。

：深入探究了金属光子晶体光纤的表面增强拉曼散射现象，建立了时域有限差分法的平板结构的模型，利用观察到的超强透射现象得到了发生拉曼散射的理论依据。金属光子晶体在太赫兹波照射下的表面电磁场增强效果的实验中得到：入射波能量越大，更易激发产生金属光子晶体的表面等离子体共振，可以使金属表面的增强效果得到较大增强；拉曼散射效果在太赫兹波段内十分明显，吸收光谱效果和荧光效应也相对较小，能够显著提高灵敏度和分辨率。

金属网栅和氧化铟锡(ITO)等透明导电膜是实现电磁屏蔽和可视兼容的常用材料，但其屏蔽和可见光透射率受到了很大的限制。通过解决屏蔽、导电与可视性能相互制约的矛盾，可有效提高电磁屏蔽与可视性能的兼容性。为此，报道了一种金属光子晶体透明膜。采用磁控溅射制备了ITO/Ag 为周期的金属光子晶体透明膜，研究了周期结构对样品屏蔽效能、透射率和方阻的影响。研究表明，随着单位周期金属膜厚的增加，可见光600~800 nm 波段透射率降低10%以上，可见光透射光谱变窄。同时400～600 nm 波长范围内透射率并没有随金属膜厚的增加而降低，甚至升高。随着单位周期金属膜厚增加，微波频段的屏蔽效能相应提高，方阻相应降低。实验证实：光子晶体膜的屏蔽效能与光子晶体中总金属膜厚不存在明确的因果关系，而是与“金属-电介质”的纳米周期结构相关。制备了一种屏效高达70 dB，方阻低达2.1 Ω ，透射率大于50%的光子晶体膜。

研究了同轴传输线中金属光子晶体的电磁特性, 在此基础上优化了一种适用于窄带高功率微波源系统的金属光子晶体TEM-TE11模式转换器。该结构通过沿传输线角向部分填充的金属光子晶体实现移相。采用数值仿真程序对L波段模式转换器进行计算, 在1.57 GHz中心频率上, 模式转换器转换效率为99%; 在1.533~1.609 GHz频率范围内, 模式转换器效率大于90%, 相对带宽4.8%。加工了TEM模式激励器和辐射天线, 并在微波暗室对模式转换器进行了小信号测试, 验证了模式转换器的性能。

设计了等离子体填充的二维金属光子晶体特殊开放腔体结构,并采用粒子模拟技术(PIC)建立了基于等离子体填充腔体结构物理模型,分析了等离子体填充下二维腔体的各模式场分布特性,以及等离子体的引入对腔体内各模式工作频率、电场幅值的影响。结果表明: 腔体内各模式的电场强度随等离子体密度的增加而减弱,模式频率随背景等离子体归一化频率的提高而增加,工作模式的产生与激励方式密切相关。