提出一种偏振不敏感且高选择性的新型纳米结构颜色滤波器。当平面光入射到超材料表面时，金属与介质交界处会发生表面等离子体共振和光学异常透射现象，部分频率的光被束缚在微纳结构中，而其他频率的光发生透射，从而实现滤色效果。采用时域有限差分法，对4种不同结构的滤波器的透射光谱和颜色显示规律进行研究。同时，还研究了结构周期、圆环直径、十字架宽度和偏振角等参数对透射光谱和滤波特性的影响。结果表明：与单层表面等离子结构相比，所提双层等离子体亚表面结构模型的透射率更高；在可见光波段内，该滤波器具有偏振不敏感特性，半峰全宽的最小值为23.26 nm，并且具有90.5%的高透射率。这项研究为下一代颜色滤波器的设计提供了理论参考。

提出一种基于随机分布偏移相位的轧辊表面峰值密度（PPI）和粗糙度范围可控的无序激光毛化技术。利用多光束干涉原理，分析轧制带钢表面反射光之间形成明暗相间条纹的机制。基于光线追迹方法，研究凸台微结构在等间距分布基础上的偏移产生的随机分布相位，对轧制带钢表面单一波长反射光形成的干涉条纹的影响，以使带钢表面多种波长反射光干涉条纹叠加形成的莫尔条纹近乎消失。轧辊表面凹坑微结构中心间距随机偏移与衰减性“拷贝”获得的轧制带钢表面凸台相同，采用理论与模拟分析得到的均匀分布中心间距随机偏移，利用激光雕刻方法对轧辊材料样件进行无序激光冲击毛化，毛化样件表面粗糙度为3.79μm，PPI为179。所提出的基于均匀分布偏移相位的无序激光可控轧辊毛化技术，实现了PPI和粗糙度范围可控的轧辊毛化，并且可灵活控制轧制带钢表面质量。

本文研究了金属光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合共振特性。利用时域有限差分法模拟了一维金光栅/单层二硫化钨混合结构的光谱响应及电场强度分布。结果表明，金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子耦合可产生光谱劈裂。当改变金光栅的结构参数时，混合结构的反射光谱出现了明显的反交叉现象。采用时域耦合模理论拟合了混合结构不同参数时的反射光谱，拟合结果与数值模拟符合较好。金光栅表面等离激元与单层二硫化钨激子的耦合作用满足强耦合判据。耦合振荡器模型分析结果表明，当金光栅周期为400 nm、宽度为300 nm时，混合结构强耦合光谱的拉比劈裂为54.6 meV，其与时域耦合模理论结果一致。该工作将为表面等离激元与激子强耦合作用的深入研究与器件开发开辟新途径。

提出了一种通过改变二氧化钒的相变状态，实现太赫兹波在透射、反射之间灵活切换且多频点多波束可调的全空间太赫兹编码超表面。仿真结果表明：当二氧化钒处于绝缘态时，在频率f₁=0.6 THz的左旋圆极化波（LCP）垂直入射下，设计的编码超表面可以视为3-bit Pancharatnam-Berry（PB）几何相位编码超表面，产生透射的拓扑荷数为1的涡旋波；当二氧化钒处于金属态时，设计的编码超表面可以视为双频点独立可调的1-bit各向异性反射型编码超表面。频率f₂=0.5 THz的正交线极化波（x与y极化波）垂直入射时，该编码超表面可以产生两种不同形式的对称波束；频率f₃=0.85 THz的正交线极化波垂直入射时，可以实现雷达散射缩减和对称波束。这对设计多功能的太赫兹波束调控器件有一定的借鉴意义。

针对太赫兹频率选择表面（FSS）单元结构复杂、参数繁多、优化耗时等问题，基于卷积神经网络（CNN）并结合遗传算法，提出一种FSS智能化融合设计方法，并将其应用于典型滤波FSS的性能优化设计。将FSS周期单元拓扑编码为16×16的“0/1”旋转对称序列，收集26000组0.5~3 THz的透反射光谱作为数据集，利用19层CNN实现光谱预测，对测试集的平均绝对误差低至0.06。利用预测光谱与目标光谱的差值，给出各类典型FSS设计的通用目标函数，结合遗传算法，设计实现了带宽为0.1 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.5 THz的单频带通和带阻FSS、带宽为0.2 THz的双频带通FSS，且均具有良好极化稳定性。计算结果表明，通过优化设计FSS的拓扑编码，可以简洁高效地实现各类典型带通带阻FSS。

等离激元隧道结是可以同时支持表面等离激元响应与电子隧穿效应的具有纳米尺度介质间隙的金属-绝缘体-金属结构。隧道结中电子、等离激元和光子等受到极强的约束并发生丰富的相互作用，这为在纳米尺度上研究和操控电子、光子，以及发展新一代纳米光电子器件提供了一个新的平台。本文综述了等离激元隧道结在等离激元激发/发光和等离激元/光子-电子转换中的应用。

为了进一步提升传统金属纳米结构表面增强拉曼散射（SERS）衬底的检测灵敏度和均匀性，提出了银修饰开放纳米腔多孔阳极氧化铝模板（AAO）复合结构的SERS新衬底，利用AgNPs（Ag nanoparticles）表面的局域表面等离子共振效应、银纳米粒子之间的热点效应，以及AAO结构的开放纳米腔的腔增强效应，实现了高灵敏度分子检测。采用液-液界面自组装方法将AgNPs修饰到AAO腔体中；利用FDTD（finite difference time domain）仿真软件对结构的电磁场分布特性进行了研究；开展了系统的拉曼测试实验，实验结果表明：相较于传统SiO₂-AgNPs衬底，AAO-AgNPs的拉曼光谱强度提高了4.7倍；以R6G（rhodamine 6G）为探针分子，AAO-AgNPs衬底的最大分析增强因子约为2.38×10¹⁰，检测极限可达10^-16 mol/L；此外，实验验证了该复合结构的多分子检测功能。

圆二色性（CD）通常用来表征手性响应强度，在手性检测领域极具应用前景。本文提出了一种金衬底上对称性破缺的全介质二聚体混合结构，可在721.1 nm波段处产生高达0.42的强CD，并且CD谱具有极窄的线宽，仅为0.16 nm。通过琼斯矩阵对该结构进行了理论分析，采用时域有限差分（FDTD）法进行建模与仿真，研究结果表明，通过改变介质二聚体的尺寸大小或椭圆柱介质的旋转角（θ）和两个介质体的相对位置（G）等参数可以对结构的CD响应进行相应的优化。并且通过电场分析发现，圆偏振光激发了二聚体的表面晶格共振（SLR），导致其CD谱具有高品质因子（Q）特性。基于此结构传感的灵敏度为718.3 nm/RIU（灵敏度单位），Q值可高达4489.4。此外，该手性结构的周期单元可以实现数字成像功能，不同偏振光下具有不同的成像信号。高Q 值CD的研究结果为高性能的手性传感及光学成像的研究奠定了一定的理论基础。

利用自组装技术将单层银纳米粒子修饰到Whatman No.1滤纸表面，成功制备了柔性表面增强拉曼散射（SERS）基底。实验结果表明：当银粒子尺寸为20 nm时，拉曼增强性能达到最佳。采用此参数制备的SERS基底对罗丹明6G（R6G）分子的检测极限为10^-10 mol/L，最大增强因子为5.66×10⁸，相对标准偏差（RSD）为10.9%。同时，该柔性基底能够准确地识别和区分多种目标分子，并具有良好的柔软性和可恢复性。此外，还结合基底的扫描电子显微镜（SEM）表征情况，利用时域有限差分（FDTD）仿真软件对样品的电磁场增强特性进行了数值分析，并对其与实验结果进行了对比。

大气等离子体刻蚀是一种非接触式、材料去除可控的加工方法，在光学元件的高精度加工中具有广泛的应用前景。但是大气等离子体刻蚀后元件存在表面形貌恶化的问题，严重影响元件的性能和使用寿命。进行氢氟酸刻蚀实验，证明了元件表面形貌的恶化是由氟碳化合物和表面凹坑微结构两个原因引起的。为了解释表面凹坑微结构的形成，提出基于micro-mask壁面反射增强理论的凹坑形成模型，并开展了样品表面旋涂金纳米颗粒充当micro-mask的刻蚀实验。实验结果验证了micro-mask壁面反射增强模型的正确性，为解决大气等离子体刻蚀后元件表面形貌恶化问题提供了新的思路和方法。