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光子晶体和表面等离子体是近十几年来国际上非常热门的两个光学研究领域，磁光光子晶体则是近年来新兴起的一个颇具吸引力的研究方向。本论文系统讨论了基于磁光光子晶体的单向波导的诸多特性；另外，在将磁光性质引入表面等离子体体系方面，我们也做了一些理论上的探讨。
在外磁场作用下，磁光材料的时间反演对称性被打破。利用该特性，磁光体材料在光学隔离器中已经有了广泛而成熟的应用，构成激光器件中不可缺少的组成部分。将磁光材料作为组成单元，构成周期性排列的光子晶体，更多新奇的、与传统光子晶体不同的现象随之出现，例如一维磁光光子晶体中增强的法拉第效应，二维磁光光子晶体中新能带的产生等。本论文着眼于外磁场下二维磁光光子晶体能带属性的变化，以及基于此的边缘态的产生和单向波导模的控制，取得了一些有意义的结果：
(1)利用传递矩阵方法，计算了外磁场下含色散的磁光光子晶体的能带，揭示了能带变化与外场强度的关系；同时，利用微波波段的微波铁氧体(钇铁石榴石)，实验上构造出等效的二维磁光光子晶体，并测量了其在不同外磁场下的方向透过谱，其结果与理论计算中得到的方向带隙完全符合。
(2)实验上构造了由普通三氧化二铝光子晶体和磁光钇铁石榴石光子晶体组成的单向波导，研究了不同波导界面对于单向导通带宽的影响；发现了耦合效率对于单向波导的作用，并进而对其进行了优化。同时，利用多重散射法计算了二维磁光光子晶体波导的电磁场分布以及透过谱，与实验现象吻合。
(3)研究了外界扰动对于单向波导的透过特性的影响。发现了阻抗不匹配引起的共振效应会导致正向模透过率的显著降低，并从波导模的能带色散关系对该效应进行了解释；另外，我们还考虑了损耗对于单向波导性质的影响。
(4)研究了磁光单向波导与磁光光子晶体缺陷腔的耦合。利用波导模与腔模的耦合效应，设计出窄带的单向带阻滤波器和通道下载滤波器，并且在实验上进行了证实。这说明即使是具有超强稳定性和抗干扰能力的单向波导模，也是可以与腔辐射模完全干涉相消，并被另一单向波导下载的。
表面等离子体光学是最近十年来极具影响力的一个研究领域，它让人们对金属纳米结构的光学性质有了全新的认识。与在外磁场作用下，金属中运动的自由电子会受到洛仑兹力，其对电磁波的响应也表现出时间反演不对称的特性。基于此，我们研究了外磁场下表面等离子体的色散关系的变化，计算了三层金属/介质复合结构中的表面等离子体波的色散曲线，并基于此提出了单向长程表面等离子体波导的理论设计。
总之，本论文将传统的磁光学与当今热门的光子晶体与表面等离子体光学相结合，系统研究了外磁场作用下磁光非互易性的一种具体表现形式--单向波导。紧随之前研究者开创性的工作之后，我们对微波波段单向磁光光子晶体波导与可见光波段单向表面等离子体波导都做了重要的拓展。这些成果对于单向波导走向集成光学的应用具有一定的指导意义。