本文设计了一种非对称金属十字单元结构, 该结构由沉积于石英基底上的两个相互垂直共面金条构成。传统的金属十字结构中常用的LC谐振和偶极子谐振的辐射损耗较大, 限制了超表面传感器实现高品质因子和高透射率, 故通过打破传统金属十字结构的对称性, 引入类Fano共振效应, 从而使得透射峰灵敏度达到了218 GHz/RIU, 传感器的品质因子达到了78.3。通过分析该超表面的电场和表面电流分布, 探究了Fano共振效应的物理机制, 并进一步研究太赫兹传感器的结构参数对透过谱的影响, 通过调整结构参数优化该传感器的传感性能。最后, 设计了具有不同共振频率的非对称金属十字太赫兹传感器以便后续用于不同种类的微量氨基酸溶液的检测。

连续域束缚态（BIC）是一种特殊本征态，它与扩展态共存却具有强烈的局域性，不向自由空间辐射能量。自1929年被发现以来，BIC的相关理论与实验都取得了长足发展，成为当前的一个热门研究方向。在BIC研究的众多方向中，光子学是BIC研究中的一个重要平台，在非线性光学、传感与滤波、波导与通信等方向都有应用。本文回顾了BIC的研究历史并系统地介绍了光子学领域中BIC的分类及产生机制；归纳了几种常用的理论分析方法，并讨论了光子学BIC现有的应用以及未来展望。

受激拉曼散射是拓展激光波长的一种方法。微球腔回音壁模(WGMs)具有模式体积小、功率密度高的特点,有利于研究受激拉曼散射现象。光学介质的极化率大,拉曼增益因子也大,因此通过溶胶-凝胶法在SiO₂微球腔表面共掺杂稀土离子Yb ³⁺及重金属离子Zr ⁴⁺,以增加膜层极化率的方式增强拉曼增益,获得阈值降低、效率增加的自激发拉曼激光。对比了在976 nm光源激励下SiO₂微球腔分别单掺Yb ³⁺与Yb ³⁺-Zr ⁴⁺离子共掺所产生的1295 nm附近三级自激发拉曼激光,结果表明随着Zr ⁴⁺离子掺杂浓度提升至10%,三阶自激发拉曼激光的阈值从129.47 mW降低至15.70 mW,拉曼激光转换效率提升了3.09倍,在相同泵浦功率下获得增强的自激发拉曼激光。

从理论和实验上研究了一种具有C3对称性的平面特异材料中的类Fano谐振模式。该平面特异材料由互补劈裂开口环谐振器(CSRRs)周期排列而成, 每个原胞包含3个缝隙, 具有三度旋转对称性。当水平偏振的电磁波入射到该结构时, 具有高品质因子的类Fano谐振模式可以被激励, 透过率频谱上表现为尖锐的谐振峰。该类Fano谐振由单元内3个CSRR局域模式的平面内耦合形成的对称态和反对称态耦合产生, 在传感器、滤波器方面有广阔的应用前景。

利用平面波展开法与时域有限差分法分析计算了一维光子带隙光子晶体腔的特性。得到了品质因子Q为2.2×106，模体积V为0.278(λ/n)3的一维带隙光子晶体腔。分析了渐变区、腔镜子区及缺陷区对腔品质因子Q和模式体积V的影响。引入渐变区、选择适量周期数及一定缺陷区长度都可以提高腔性能。该结论为设计优化一维光子带隙光子晶体腔提供了有效的理论分析依据与指导。