利用二维时域有限差分方法研究了非对称纳米金属双缝结构在薄隔层情况下对光波的异常透射特性, 以及狭缝长度、狭缝数目和入射角度对透射特性的影响.研究发现, 该双缝结构中传导的表面等离激元波通过渗透中间隔层材料产生交叉耦合作用, 形成对称和反对称耦合模式, 导致其透射谱在特定波长位置处形成双共振峰传输和一个透射率为零的透射抑制现象; 双缝结构中表面等离激元波交叉耦合作用的本质是其横向电场分量渗入中间隔层材料产生的相互干涉作用, 而横向电场分量的初始相位差决定双缝结构中形成的表面等离激元波耦合模式的类型.由于双缝结构的透射极值与各狭缝腔内的法布里-珀罗共振效应密切相关, 因此狭缝长度决定透射极值的波长位置, 而狭缝数目和入射角度只影响透射峰的传输效率.该双缝结构具备光学滤波和空间分光功能, 在新型纳米光子器件领域具有潜在的应用价值.

光波波段的生化传感器件已很常见且可实现单分子探测，但由于光波波长在纳米量级，制作出的器件的结构尺寸小、加工难度大、传感重复性较差。因此，本文提出一种亚波长金属块阵列结构的太赫兹(Terahertz, THz)传感芯片，在理论上基于法布里-珀罗(FP)共振建立了其传感模型，结合有限元方法分析了亚波长金属结构局域表面等离子体共振对其传感灵敏度的影响规律。然后采用正交光刻工艺制作出了结构均一的传感芯片，传感实验表明，该芯片对0.025 mol/L 的D(+)-葡萄糖水溶液可产生53 GHz 的频移量，传感灵敏度高，有望应用于高灵敏的太赫兹生物传感。

利用太赫兹时域光谱系统研究温度对GaAs基底上生长的太赫兹亚波长金属结构的透过率及共振特性的影响。实验发现，温度从低温80 K升高至380 K，样品的透过率逐渐降低，且低频共振频率处有轻微的红移现象。通过研究共振带区域及远离共振带区域的透过率情况，分析了总体透过率降低的根本原因在于温度升高导致GaAs基底的本征载流子浓度升高；共振凹陷减弱是由于基底载流子的变化致使透过率升高形成的；红移现象的产生是由于温度升高导致样品折射率增大。此外，该研究可以为太赫兹范围的功能器件在实际应用和生产制造中提供有意义的参考。

由于光波在不同长度的波导中传输产生的相位延迟不同，特定的波导阵列可以对光波波阵面进行调制。理论推导发现三角形波导阵列可以实现聚焦，得出凸三角形波导阵列聚焦高度和焦深。利用时域有限差分法模拟了凸三角形波导阵列对光波的聚焦情况，通过比较发现模拟和理论推导结果非常吻合。同时模拟发现凹三角形波导阵列结构可以实现光的分束。

亚波长波导能够控制光在亚波长的尺寸中以很小损耗传输，在集成光学中有广泛的应用。利用二维时域有限差分(FDTD)法，研究了光波在金属层中亚波长两狭缝之间的耦合过程。分别在较厚的金属层前表面和后表面刻上两个狭缝，纵向错开一定距离(间距)，横向重叠一定长度(耦合长度)，两个狭缝能够将光波从金属层的前表面耦合到后表面。改变两个狭缝长度、间距和耦合长度等参数，耦合波长和效率发生明显变化。结合振幅分布，认为光波在两狭缝形成波导共振，前表面狭缝的共振将入射波能量耦合进入狭缝中，后表面狭缝的共振将能量耦合出去，两个狭缝之间通过隧穿效应耦合。

利用时域有限差分法模拟了厚金属层上单一亚波长狭缝内壁刻有一微型腔结构光波传输,结果发现在特定波长发生异常的增强透射。结合透射峰值对应波长近场分布,利用麦克斯韦方程组和波导理论对增强透射进行解释,认为光波在微型腔和狭缝中形成共振腔模起了重要作用:在狭缝内形成纵模,可以形成透射峰;在腔内形成不同的腔模也可以形成透射模。