中波红外器件从单色、双色, 向多光谱方向发展, 金属微纳结构是实现中波红外光谱功能的核心器件, 为研究中红外透射光谱特性并实现透射光谱的调制, 基于表面等离激元共振(SPs)理论, 结合有限时域差分法(FDTD)对薄膜型金属微纳孔阵列的透射光谱进行了模拟研究。深入分析了入射光源在中红外3.0~5.0μm波段内, 孔洞的形状和大小、孔阵列周期、金属膜层厚度以及金属材质对光谱透射特性的影响。通过设计模拟不同结构, 发现透射光谱强度主要由孔洞结构的大小决定, 改变阵列的周期可以调制透射峰位, 同时透射强度随着金属膜厚度的减小而快速增大, 金属材质Ag更易于中红外光的透射; 进一步依据圆孔半径(方孔边长)、阵列周期以及透射峰位, 用最小二乘法拟合得到了不同结构模型对应的设计关系式, 即在理论层面实现了3.0~5.0μm波段金属微纳结构透射光谱的调制功能, 为多通道孔阵滤波器以及光谱探测设备的设计提供了理论依据。

激光直写技术作为一种新兴的低成本、高效、高精度的加工技术，可以适用于几乎任意自由度的二维或者三维微纳结构快速成型制备。这对光电子以及半导体微纳结构与器件的制备具有重大的意义。金属微纳结构在电子学和光子学中有着广泛的应用。本文综述了激光直写制备金属微纳结构相关研究进展。主要包括激光直写制备金、银、铜以及复合材料微纳结构与器件。随后重点综述了激光直写表面增强拉曼光谱微流道芯片相关的研究进展。随着环保要求的不断提高，功能性碳材料将会在更多领域得到广泛的应用。与传统的热碳化方法相比，激光直写工艺可以在材料的表面上实现精细的图案化微纳结构的制备。本文进一步综述了激光碳化直写碳功能材料相关研究进展。主要包括激光直写原位还原氧化石墨烯、激光碳化木材、叶子等木质材料。通过对本课题组的研究以及目前相关的研究成果进行综述，本文可为激光直写制备金属与碳材料微纳结构与器件研究及应用提供参考。

超颖表面是近些年刚发展起来的一个有着重要应用潜力的新兴前沿领域。文中在对超颖表面研究现状的分析基础上, 提出并研究一种基于棒形纳米天线阵列的超颖表面, 在手性圆偏振光场作用下产生无色散的表面相位突变, 从而对出射光波前相位进行调控, 并在此基础上研究若干新颖功能应用, 包括依赖于手性的广义折/反射定律, 双极性可控平板透镜, 宽带涡旋光束生成, 手性选择性表面等离激元定向激发, 三维纳米全息等。