目前研究人员提出了各种光学天线以线性方式控制辐射图，而较大的非线性效应可以引起天线的折射率的变化，从而改变辐射方向图。通过修正电子的有效质量进而完善Drude模型，可得到氧化铟锡(ITO)的非线性折射率与频率和强度的函数关系，进而可知由ITO制成的纳米天线会表现出极大的光学Kerr效应。本文研究了ITO天线的线性和非线性响应。利用ITO的Kerr效应控制天线的辐射方向图。基于该模型，设计了一种非线性光学天线，实现了覆盖近红外波段（1 000~1 650 nm）的可调谐辐射方向图。进一步，基于ITO和介电材料硅(Si)设计了一种杂化的非线性光学天线。该杂化天线可以更好地利用ITO的强Kerr效应，可以较大程度上对光场辐射进行调控。该工作突破了新型非线性材料的强Kerr效应仅局限于特定共振频率点或者零折射率点这一特点。本研究提供一种用于超快动态控制超材料的新颖方法，可应用于光束转向和光学调制等。

采用电磁场有限元方法, 数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy, a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构, 改变天线 长度和纳米间隙尺寸, 计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线, 实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量, 对于100 nm通光孔径的 探针, 可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果, 表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面 等离激元的激发.

针对遥感卫星对于多频段、多极化探测的应用需求，设计了一套毫米波辐射计天线前端准光学馈电系统，可以实现54?GHz和183?GHz两个频段、H/V双线极化、4个通道同时接收电磁辐射信号，完成地球大气温湿度的有效探测。通过对馈电网络进行仿真建模和分析计算，可以验证馈电系统的输出参数完全满足设计指标要求，最后通过对原理样机各通道远场辐射参数的实验测试，包括照射半张角、交叉极化水平、波束效率等，测试与仿真结果一致，有效地验证了准光学馈电系统设计方案的合理性与可行性。

为了提高太赫兹通信天线的增益和定向性, 提出了“井”字堆叠型透镜天线。该透镜天线工作在太赫兹第一大气传播窗口内, 由初级馈源天线和透镜两部分构成。设计了角锥喇叭天线作为透镜天线的初级馈源; 根据菲涅耳-基尔霍夫衍射理论和傍轴近似条件设计了“井”字堆叠型透镜用于聚焦太赫兹波, 并分析了透镜结构在平面波入射时的聚焦场分布。利用控制变量法分析了透镜天线的全波周期和焦径比等结构参数对其远场辐射性能的影响。对所设计的透镜天线进行了实物加工和测试。实验结果表明: “井”字堆叠型透镜天线的加工和组装工艺简便, 具有对称的辐射模式, 在320~380 GHz的工作频段内的增益高于26.4 dB, 3 dB主瓣宽度低于4.8°, 基本满足太赫兹通信系统对天线的高增益和强定向性等要求。

研究了周期性金属孔阵列的光学和远场辐射特性，实验发现所有样品在中红外波段都有两个透射峰，当金属孔径或者孔阵的晶格常数变大时，透过峰的中心频率发生红移.在透过率的中心频率附近，周期性的金属孔阵列表现出偶极子阵列的特性，其远场辐射特性随着孔径的减小或者孔阵列晶格常数的增大而增强.

运用三维时域有限差分法，研究了完美/缺陷光子晶体特定参量的改变对发光二极管光抽取效率影响，得出优化参量.基于近场远场转换，进一步分析了两种不同类型的缺陷引入及其周边空气孔半径的改变对光子晶体发光二极管远场辐射特性的影响.数值研究的结果表明,通过引入缺陷以及减小缺陷周围空气孔半径能够同时提高光子晶体发光二极管的光抽取效率和远场辐射方向性.