太赫兹（THz）波在通信、成像、安全监测、生物医学等领域有着广阔的应用前景。随着THz技术的飞速发展，对其传输波导，特别是低损耗、单模、柔性传输等高性能THz波导的需求日益增长，这将为提高THz系统的灵活性及推动其实用化发展提供重要支撑。综述了金属膜波导和介质金属膜波导的设计和制备工艺，在0.1~0.3 THz和2.0~5.0 THz频段的损耗和单偏振单模传输等特性，以及在通信和成像等方面的应用。着重介绍了本课题组近年来在波导的设计、特性仿真、制备、测试和应用方面的研究结果。也对THz波导研制中存在的难点和发展前景进行了初步探讨。

当金属膜厚度降低到几个纳米尺度时，其光学性质与体相金属显著不同，如具有宽波段红外高吸收率、可电调控的等离激元和较强的非线性光学响应等。然而金属膜在电介质衬底上的润湿性较差，其在生长初期以岛状生长模式为主，难以生长成连续的超薄膜。首先介绍了超薄金属膜的介电函数理论。随后综述了制备超薄金属膜的主要方法，包括种子层法、有机修饰法、共沉积法和低温沉积法。接着介绍了超薄金属膜的光学性质及应用。最后从制备工艺、应用等方面展望了超薄金属膜相关研究的发展方向。

制作了具有不同介质膜厚度的大口径柔性介质金属膜波导, 测试了金属膜波导和介质金属膜波导在G波段、4.3 THz和中远红外等频段的传输特性.结果表明, 波导的传输损耗在G波段随介质膜厚的增加而增加, 孔径2.6 mm的金属膜波导在160 GHz传输损耗为2.1 dB/m且在G波段波导的传输损耗对弯曲不敏感.在4.3 THZ频点波导的传输损耗随介质膜厚的增加而减小, 镀制介质膜可以大幅减小波导的传输损耗以及弯曲附加损耗, 孔径3.6 mm介质膜厚为1.2 μm的介质金属膜波导的传输损耗为2.84 dB/m.光斑能量则随介质膜厚的增加更加集中于低阶传输模式.

提出了一种新型结构的温度传感器，该传感器基于Fabry-Perot干涉和双金属效应。采用MEMS技术制作出线性度好、精度高的光纤MEMS温度传感器。阐述了传感器的工作原理，研究了传感器的力学模型，确定了温度敏感膜材料，用有限元软件ANSYS验证了模型的合理性。模拟了法珀腔的腔长对温度传感器性能的影响，为传感器的加工制作提供了理论依据。该设计可为以硅为基底的压力传感器提供一种温度补偿方法。

高反膜的抗激光损伤特性严重影响着激光系统中激光器有效输出功率的提高。因此提高高反膜的抗激光损伤特性就成为了关键。在真空箱式镀膜机中采用阻蒸发法制备Ag膜,电子束蒸发的方法制备介质保护膜,采用Lambda950测试其光学特性,在激光损伤测试仪上测试薄膜的损伤阈值。分析沉积温度对单层银膜光学特性和附着力的影响,不同层数的介质保护膜对Ag膜的光学特性和抗激光损伤能力的影响。研究结果表明:沉积温度分别为室温、120 ℃、150 ℃及200 ℃时制备单层银膜,在沉积温度200 ℃下,制备的银膜在1 000~1 400 nm波段的平均反射率达到了99.17%,此时银膜的激光损伤阈值为1.74 J/cm2,在银膜外侧加介质保护膜后其损伤阈值达到了6.874 J/cm2,经激光预处理后,损伤阈值提高到10.83 J/cm2,是单层金属膜损伤阈值的6倍。

分析了在 1 550 nm 波长下超薄金属膜(金膜厚t=10 nm)V-型槽等离子波导间长程沟道等离激元导模的定向耦合。通过计算不同波导间距下的模式分布，得出了定向耦合器中奇、偶模有效折射率实部和传播长度随波导间距的变化情况，并进一步计算了相邻波导间的耦合长度、最大串扰与波导间距的关系曲线。计算结果表明：在波导间距较小时，耦合长度小于各模式的传播长度，随着波导间距的增加，耦合长度随之增加，最大串扰随之减小。对超薄金属膜V-型槽等离子波导的定向耦研究在集成光路的实际应用中具有重要的价值。

采用Kretschmann结构激发表面等离子体,利用多孔陶瓷材料SiO2作感湿材料,当外界环境的相对湿度变化时,引起感湿层SiO2的折射率发生相应变化,导致表面等离子体共振角发生偏移.采用有限元法对传感系统在不同感湿层折射率下的反射谱进行了模拟分析,并根据反射谱的共振半峰宽和共振峰深度对金膜的厚度进行优化.研究结果表明:金膜的最佳厚度为55 nm,反射谱的共振角偏移量与感湿层折射率变化呈线性关系,湿度检测的分辨率高达0.37%RΗ,灵敏度达到0.03°/% RH .该研究对基于表面等离子体共振原理的湿度传感器的研制与应用具有一定意义.

基于非均匀光波在导电介质中传播时其相移传播方向和振幅衰减方向的不一致性, 利用光波动方程的解由电磁场边界条件导出非均匀垂直偏振光在多层超薄金属膜与透明介质膜组合膜系中光波的传输递推公式.为验证方法的可靠性, 给出了不同厚度金属膜防伪光变膜系的能量反射率算例, 并与现有算法进行对比,结果表明: 两种算法得到的能量反射曲线的分布特征具有很好的相似性, 但本文算法表现出金属膜具有强的吸收特性和窄带反射效应.

研究了Kretschmann型表面等离子体共振（SPR）结构中电介质折射率、柱面镜折射率以及金属膜厚度对SPR场增强表面增强拉曼散射（SERS）信号的影响。实验结果表明SPR与SERS之间存在着本质上的相关性，电介质折射率、耦合柱面镜折射率以及金属膜厚度均对SPR场增强SERS有较大影响。相同条件下，电介质的折射率越小，SPR场对SERS信号的增强越强，激发的SERS信号的强度越大；柱面镜折射率越大，SPR对SERS的增强越明显； SERS信号强度随着银膜厚度的增加先增大后减小，在银膜厚度为47 nm左右时SERS强度有最大值。