基于表面等离子激元构造了一种边界耦合模式的金属-绝缘体-金属结构滤波器，该滤波器由两个斜对称矩形环谐振腔及波导管所组成，采用有限元法对该滤波器进行仿真计算和分析，得到它的磁场分布图和透射谱线图。结果表明，该滤波器在通带部分的透射率最高可达0.969，阻带部分的透射率最低接近为0，同时还具有通带与阻带较宽、透射谱线平滑的特点。调节结构参数可使得透射谱线图发生红移或蓝移的现象，设置特定的结构参数可以实现在保持第一通信窗口通过的状态下，对第二、三通信窗口的通断进行选择性控制的功能，因此，该滤波器可作为一种带通/带阻滤波器，在高密度集成电路和光纤通信中有着非常重要的应用。另外通过结构的改进并加入电光材料DAST实现了一种电光开关的功能。

针对监控系统中由于摄像机与监控画面不垂直导致显示画面梯形畸变的问题, 提出一种自适应实时视频梯形矫正系统的硬件结构设计方案。首先, 对每帧画面依次进行灰度变换、边缘检测、形态学开运算等一系列预处理; 接着, 基于Hough变换提取画面中梯形畸变的轮廓; 然后, 根据梯形畸变轮廓确定四对映射点坐标, 并运用连接点法计算矫正参数; 最后, 运用灰度插值法得到矫正图像。整个过程利用流水线和乒乓缓存结构对算法进行了优化, 利用视频时序中的场消隐时间进行计算, 在大幅减少硬件资源消耗的同时提高了算法效率, 并在ALINX AX7103 FPGA硬件开发平台上加以实现。实验结果表明: 在视频分辨率为640×480、刷新率为60 Hz的情况下, 系统能够很好地矫正梯形畸变范围在±30°以内的监控画面, 矫正精度为1°, 基本满足监控系统的自适应性、实时性等要求。

基于表面等离激元提出一种由半圆环谐振空腔、挡板及直波导构成的金属-介质-金属波导结构。当入射光波进入该波导结构时,半圆环谐振腔形成两个较窄的离散态与金属挡板形成较宽的连续态发生干涉效应,并形成两个尖锐非对称的共振谱,即两种模式的Fano共振。运用耦合模式理论和有限元分析方法对结构的传输谱特性进行数值仿真分析,研究结构参数和介质折射率参数对传输品质因数和敏感度特性的影响。通过对结构参数进行优化分析,发现可通过改变结构参数对系统的性能进行灵活的调节和优化,并得到两个模式下的品质因数分别为3.05×10 5和4.59×10 5,对应的灵敏度分别为800 nm/RIU和1160 nm/RIU(RIU为折射率单元)。这种灵活的双重Fano共振结构在纳米生物传感器、非线性光学和慢光研究中具有一定的应用价值。

空间引力波探测对剩余加速度的要求极高, 达到了10-15 ms-2Hz-1/2量级, 然而在空间引力波探测时, 惯性传感器所在位置的环境磁场会带来磁场力和洛伦兹力。为保证引力波的正常探测, 必须将环境磁场及磁场梯度控制在一定范围内。本文主要针对星上剩磁对惯性传感器的影响, 从星际磁场、卫星部件剩磁和时变磁场探测等几个方面探讨了剩磁与加速度之间的关系, 也对卫星磁场源模拟以及磁场探测方法进行了讨论。结果表明, 通过对磁场源位置和方向进行优化可以降低直流剩磁, 通过弱磁探测装置对星际磁场和时变磁场进行实时监控以排除磁场噪声影响, 对于得到高精度的引力波探测数据是必不可少的。本文研究说明实施星上剩磁对惯性传感器的影响分析是有必要的, 并且可以发展一套卫星平台剩磁评估方案和弱磁探测方法。

利用边界耦合的方法构造了金属-介质-金属结构滤波器, 该结构由一个凸环谐振腔与一个波导管耦合而成.通过有限元法数值仿真得到了该凸环腔体波导结构的磁场分布图、透射谱线和谐振波长分布, 分析了各结构参量对滤波器传输特性的影响.结果表明, 所提出的凸环滤波器具有透射峰窄, 谱线平滑等特点, 且阻带透射率最低可达0.001, 通带透射率最高可达0.977.增大结构参量h2和neff时,相应的透射谱会发生明显的红移, 增大结构参量L1时, 透射谱几乎无变化.对结构参量进行调整和优化, 相应的谐振波长可分布在第一通信窗口(850 nm)和第三通信窗口(1 550 nm)附近, 能够很好地运用于光通信中.

采用口径耦合的方法构造了一种金属-介质-金属非对称结构滤波器, 由两个半圆腔通过两个矩形口径与波导管相连形成.运用有限元法仿真计算获得了该结构的磁场、透射谱、带宽及边沿陡峭度分布曲线.研究结果表明, 通过调节结构参数, 滤波器的透射曲线出现明显的红移或蓝移现象, 且曲线分布平滑, 其通带透射比高达0.95, 阻带则具有平坦特性且透射比低至0.001, 通带、阻带均具有较宽的带宽.对滤波器进行结构参数优化, 可以实现类似矩形滤波器的特性, 在光通信波段的三个通信窗口能够实现通道选择的滤波功能.该滤波器在微纳光学器件集成尤其是光通信系统中有良好的应用前景.

基于表面等离子体波的传播特性提出了一种由方形凹环与波导管耦合而成的MIM结构滤波器, 运用有限元法数值计算获得了该滤波结构的磁场分布、透射谱和共振波长分布曲线.研究结果表明, 其阻带透射率最小透射比可低至0.01, 通带最大透射比则高达0.96, 并且顶部分布平滑.在增大滤波器波导结构参数I、H时, 相应的透射谱线会有明显的红移, 且不同模式阻带的透射比也会随之改变, 此外共振波长与结构参数的变化呈现线性关系.在增大结构参数D时, 模式1的透射率从之前的0.63增加到0.80, 模式1最终消失, 其余模式几乎不变, 同时共振波长分布与参数D的变化无关.通过结构参数的优化, 可以使波导结构的品质因数从14.82提升到17.07, 通频带亦有所增加.该MIM结构滤波器具有封装尺寸小、多模式、阻带较窄、通带平滑、良好的品质因数以及可调节性, 在微纳集成光学器件尤其是波分复用系统中有着良好的应用前景.

基于表面等离子激元理论与金属-介质-金属波导结构提出一个由开口方环共振空腔、挡板及MIM波导组成的波导结构, 并使用有限元方法系统地研究了该结构的透射特性.仿真计算结果表明：该结构可以产生法诺共振现象, 其共振波长可以通过改变开口方环空腔的长度及开口大小进行调节, 该结构敏感度可达1 600 nm/RIU,品质因数为1.31×105.此外, 通过调整方环共振空腔上开口的位置, 在波导中产生了双重法诺共振现象, 其敏感度可达1 700 nm/RIU, 品质因数为8.3×104.该结构有望在光学集成回路, 尤其是纳米生物传感器方面得到比较广泛的应用.

提出由T型空腔和挡板组成的两种金属-电介质-金属(MIM)波导结构, 分别为: 正T型空腔结构和倒T型空腔结构, 并应用有限元法系统地研究了该结构的透射特性.对于正T型空腔结构, 仿真结果出现了双重法诺共振现象, 并且共振波长可以通过改变T型空腔长度和高度进行调节.该结构有助于设计成敏感度达到1 620 nm/RIU、品质因数为5.4×104的纳米传感器.对于倒置T型空腔, 在波导中产生了多重法诺共振现象, 其敏感度可达1 560 nm/RIU, 品质因数为9.37×104.该结构有望在光学集成回路, 特别是纳米传感器、光束分路器方面具有广泛应用.

提出了一种基于黄金分割比的新型长程介质加载表面等离子激元波导(LR-DLSPPW)结构，在通信波长λ0=1.55 μm情形下，运用有限元法对这种波导基模的归一化电场分布、模式有效折射率、衰减常数、传播长度、模式宽度、品质因数和耦合长度等传输特性参数进行了仿真分析计算。结果表明，与不具有黄金分割比的类似波导相比，基于黄金分割比的LR-DLSPPW具有较长的传播长度1.36 mm和较小的模式宽度1.35 μm；另一方面，当介质脊面积保持为0.9 μm2不变且介质脊高宽比值取为黄金分割比时，其品质因数会出现一个超过6.15×105的最大值。此外，当相邻波导之间的间隔超过3 μm时，相邻波导间的串扰可被忽略。显然，这种基于黄金分割比的新型波导结构能够很好地应用于高密度光子集成回路的设计中。