设计了一种基于LiF和NaF材料的复合凹槽的光栅型红外吸收器.采用频域有限差分法(FDFD)分析了这种吸收器的吸收机理，以及结构参数、入射波的波长和入射角度对其吸收特性的影响.结果表明，对于入射的不同波长的红外线，这种吸收器会形成不同的光学谐振腔，能够在较宽的波长范围内对红外线形成强烈的吸收.在采用优化参数的条件下，在18~70 μm的波长范围和0~80°的入射角范围内，这种吸收器具有良好的吸收效果.文章的研究工作给光栅型红外线吸收器的设计、制作和应用提供了理论基础.

研究原子在金属结构中的自发辐射时引入单层石墨烯薄膜, 利用石墨烯特殊的光电特性来调控原子的自发辐射率.推导了局态密度与自发辐射率的格林函数表示形式, 并结合频域有限差分方法进行了数值模拟.分析结果表明: 随着化学势的增大, 自发辐射波峰出现蓝移现象, 且自发辐射率波峰得到增强, 理论上实现了原子自发辐射率峰值位置与幅度的调制.研究结果可以为新型纳米器件及光电子设备的制造和优化提供参考.

利用频域有限差分法，分析了两种典型晶硅电池结构的Ag背反镜的吸收损耗。研究表明：平板型晶硅电池Ag背反镜的损耗主要是由本征吸收和导模共振吸收引起，而表面等离子体共振吸收使TM模的吸收峰峰值大于TE模的吸收峰峰值；织构型的晶硅电池内部光场分布复杂，可在光垂直入射情况下，使TE模和TM模均在有源层中出现较强的导模共振效应，且TM模还可在Ag背反镜中激励起等离子体共振效应，从而使织构型晶硅电池Ag背反镜的吸收谱表现为多峰值特性，且其吸收峰峰值大于平板型晶硅电池的吸收峰峰值。

利用非均匀媒质界面等效参量提取方案结合频域有限差分方法对周期结构薄膜太阳能电池的光学特性进行了数值分析及机理探究.结合等离子体共振条件,研究了两种设计结构的反射、传输、吸收特性及场分布特性,结果表明在低频点,介质和银分界面的场强明显增强,吸收明显增大.探讨了增强因子与结构、入射波长及入射角度间的关系,并分析了其内在的物理机理.结果表明，增强因子在低频时较大且随入射角度增大而增大，最大可达5.7.

原子自发辐射效率的提高对单光子源等光电子设备的研究和制造具有重要的意义.本文推导了自发辐射率和局域态密度的格林函数表示形式,通过频域有限差分法求解格林函数,得到自发辐射率的数值特性.分析了在不同金属材料、结构以及辐射波长下的自发辐射率，探讨了其内在的物理机理，结果表明：特定波长下介质的表面等离激元效应会增强自发辐射，不同材料和结构对辐射效率的提高有不同的影响.该研究结果可为新型纳米器件及光电子设备的制造以及优化提供重要的参考.

设计了一种带有增益介质包层的两个平行圆柱形纳米金属棒构成的表面等离子体光波导，基于频域有限差分法，对这种波导所支持的基模的能流密度分布、有效折射率、传播长度和模式面积随几何结构参数和电磁参数的依赖关系进行了分析。结果表明，沿纵向的能流主要分布在两个圆柱形金属棒所形成的中间区域。通过调节这种波导的几何参数及电磁参数，可以调节模式的传播特性。在增益介质的辅助下，传播距离明显增大。这种表面等离子体光波导可以用于光子器件集成领域和传感器领域。

设计了一种双正方形中空表面等离子体光波导(SPW)。采用频域有限差分法，对这种波导所支持的基模的传输特性进行了研究。结果表明，基模沿纵向的能流密度主要分布在双正方形空气芯的中心区域。通过调节2个正方形空气孔的边长、中心距离以及工作波长的大小，可以调节基模的场分布范围以及场与金属银相互作用的大小，从而调节有效折射率、传播距离和模式面积等传输特性。通过与双圆形中空表面等离子体光波导的比较发现，在730~800 nm工作波长范围内，双正方形表面等离子体光波导的传输特性要优于后者。因此双正方形表面等离子体光波导有可能用于光子器件集成领域和传感器领域。

文章基于带有各向异性完全匹配层(PML)吸收边界条件的紧凑二维频域有限差分法对八角格子光子晶体光纤(O-PCF)的模式和色散特性进行了研究。利用有效面积法分析了八角格子和六角格子光子晶体光纤(H-PCF)的基模和多模截止特性, 得到非限制模、基模及多模的相图。比较发现, 填充率和空气孔间距相同时, O-PCF的单模运转区域宽于H-PCF, 更易用于色散补偿。

设计了一种准光子晶体光纤，其包层由呈准周期分布的空气孔构成，其中靠近芯区的空气孔的直径是渐变的。采用带有良匹配层(APML)吸收边界的全矢量频域有限差分(FDFD)方法对其色散特性进行了数值分析，计算了孔间距取1.5 μm～2.2 μm，最小空气孔直径分别取0.4 μm～0.6 μm，从第一层到第三层直径线性递增量分别为0.1 μm和0.2 μm的条件下，这种光纤基模的色散曲线。结果表明：通过调节包层中三种不同尺寸的空气孔的大小以及孔间距这四个参数，可以得到不同平坦水平的色散曲线，甚至于超低超平坦的色散曲线。例如，当孔间距取1.7 μm，空气孔直径分别取0.5 μm、0.7 μm 、0.9 μm，在1.4 μm～1.7 μm波段内，这种光纤的色散值可以控制在 6.0±3.0 ps/km.nm范围内。

设计了一种改进的正方形格点双芯负色散光子晶体光纤,其包层是由在纯硅背景上以正方形格点排列的三种大小不同的空气孔构成,这些空气孔和中心的缺陷形成了这种负色散光子晶体光纤的双芯。用频域有限差分法对其分析表明,该光子晶体光纤具有宽带负色散的特性。当相邻空气孔间距取2.05 μm,空气孔直径分别取1.9 μm,1.3 μm,0.9 μm时,可在1.55 μm处实现宽带负色散,其半峰全宽超过了300 nm。这种光纤可用于波分复用光纤通信系统中的宽带色散补偿。