磁场的传感测量在相关领域具有重要应用。利用磁流体的磁光效应, 提出了一种基于光学Tamm态的磁场传感结构。该结构由加载了金属层和电介质层的一维磁流体光子晶体构成。数值研究了该结构的结构参数对传感性能的影响。结果表明, 磁流体层越厚, 探测灵敏度就越高。金属层和电介质层的厚度均存在一个最佳值, 使得传感器具有较高的探测精度。结果还表明, 该传感结构的探测灵敏度优于已报道的采用光子晶体缺陷结构实现的磁场传感器。研究结果为基于光学Tamm态的磁流体磁场传感器的设计制备提供了参考。

当金属-分布式Bragg反射镜-金属（M1-DBR-M2）结构中的DBR周期数比较大时, M1-DBR-M2中的两光学Tamm态（OTS）发生弱耦合。 通过研究M1-DBR-M2结构中OTS弱耦合情况下的反射光谱和OTS本征波长电场分布, 揭示了弱耦合情况下的OTS和光隧穿效应。 研究结果表明： 在弱耦合情况下, 金属薄膜M1的厚度影响了OTS的本征波长, 而金属薄膜M2的厚度对OTS的本征波长没影响。 虽然弱耦合情况下只能激发M1-DBR交界面处的OTS1, 但电场局域现象并不是仅仅发生在M1-DBR交界面处, 光可以穿过DBR到达并被局域在DBR-M2交界面处, 存在光的隧穿效应。 光隧穿效应的强弱与两OTS的本征波长失谐量大小有关, 本征波长失谐量越小, 光隧穿效应越强。 两OTS的本征波长失谐量的大小, 也影响了光在M1-DBR-M2结构中局域的强弱, 本征波长失谐量越小, 光的局域现象越强, 反射光谱中凹峰处的反射率越小。

金属-石墨烯光子晶体-金属复合结构可实现多带吸收。为了解该复合结构的吸收特性, 采用传输矩阵法, 研究了可见光波段结构参量对其多带吸收特性的影响。结果表明, 各吸收带的中心波长与石墨烯化学势的大小无关; 吸收带的个数与石墨烯光子晶体周期单元个数及电介质层的光学厚度有关; 周期单元数越大, 介质层光学厚度越大, 吸收带的个数就越多; 两金属层的厚度对吸收特性的影响存在差异, 要使光吸收率尽可能高, 衬底一侧的金属层要尽可能厚, 入射空间一侧的金属层的厚度则存在一个最优值; 垂直入射时合理选择相关参量, 各主要吸收峰可有90%以上的吸收率。此研究结果为研制基于石墨烯的多带光吸收器提供了参考。

利用传输矩阵理论和等效原理, 从能级的角度研究对称结构光子晶体表面光学Tamm态, 结果表明: 当光子晶体的排列周期无限大时, 入射介质与光子晶体间不满足阻抗匹配条件, 从而不出现表面光学Tamm态; 当光子晶体被截断成有限周期时, 其表面可支持表面光学Tamm态的存在, 且轴向传播时通带中出现TM和TE偏振的能级简并现象, 离轴传播时从通带边缘分离出来的非简并能级被局域于光子晶体表面而形成了表面光学Tamm态; 当光子晶体截断参数与最外层高折射率介质匹配时, 容易形成束缚性较强的表面光学Tamm态, 与最外层低折射率介质匹配时, 则难以实现表面光学Tamm态; 通过ATR全反射技术对光子晶体表面态进行激发可观察到被激发的耦合共振吸收现象。对称结构光子晶体表面光学Tamm态的特性可为光子晶体光波导和表面波传感器的研究和设计提供指导。

为了研究银-光子晶体-银结构中两种偏振光Tamm态的吸收性质, 采用银介电常数的Drude-Lorentz色散模型和特征矩阵法, 研究了吸收率随入射角、随周期数以及随银层厚度的变化规律。结果表明, 在银-光子晶体-银结构中两种偏振光都会出现两个光学Tamm态(OTS), 即OTS1和OTS2。两种偏振光的OTS1和OTS2的吸收峰值随着入射角的增大而逐渐增大, 随着周期数的增大而缓慢增大, 随着银层厚度的增大而明显增大。这些结论丰富了对银-光子晶体-银结构中两种偏振光Tamm态的吸收特性的认识。

结合光子晶体的缺陷模式和表面模式特性，提出了一种含吸收介质的光子晶体法布里-珀罗异质结构。该结构由周期性光子晶体、待测样本和外部空气层共同组成，将待测样本直接作为表面缺陷腔。基于光学谐振原理和表面波理论，分析了所提结构的折射率传感机理。讨论了不同吸收介质对所提结构光谱特性的影响。将石墨烯作为吸收介质时，传感结构的品质因子(Q值)明显高于将硫化锌、氧化铝和金属银作为吸收介质的情况；将样本层作为表面缺陷腔，通过光学Tamm态谐振，可实现多次全反射衰荡，使谐振光信号和待测样本充分作用，从而提高了该结构的传感灵敏度。所提结构的Q值为2097.18，灵敏度为1017.98 nm/RIU。研究结果对实现待测物的高Q值和高灵敏度检测具有一定的理论参考价值。

为了获得光学Tamm态(OTS)的特性，建立了一种银-光子晶体-银结构，并利用银的Drude-Lorentz色散模型和特征矩阵法研究了该结构中OTS的波长特性和吸收特性。结果表明，在该结构中存在两个OTS，分别称为OTS1和OTS2。OTS1和OTS2的中心波长随入射角的增加向短波方向移动，OTS1和OTS2的中心波长间距随着入射角的增加而减小。OTS1和OTS2中心波长随银层厚度的增加向短波方向移动，OTS1和OTS2的波长宽度都随银层厚度的增加而减小。OTS1和OTS2都具有较大的吸收率，OTS1和OTS2的吸收率随银层厚度有着相似的变化规律。这些特性的获得加深了对银-光子晶体-银结构中光学Tamm 态特性的认识。

基于光子晶体光学塔姆态的耦合分析，提出了一种含金属插层的折射率传感结构。对该光子晶体结构中光学塔姆态的形成机理进行了分析，并调整金属插层的厚度来实现两个光学塔姆态的耦合。建立缺陷峰波长与待测溶液折射率的关系模型，并分析其折射率传感特性。通过对光子晶体周期数和入射角度的讨论，可以得到，增加光子晶体周期数(或入射光的入射角度)可减小缺陷峰的半峰全宽(FWHM)，从而提高传感器的灵敏度和折射率的分辨率。以乙二醇为待测样本，可得该传感器的灵敏度为445.45 nm/RIU(折射率单元)，品质因数(Q 值)可达1259.45。该传感器结构具有制备工艺简单和结构紧凑等优点，可为高Q 值和高灵敏度折射率传感器的设计提供一定的理论参考。