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本文综合利用Mie理论，离散偶极子近似以及FDTD算法对基于高折射率介质材料的亚波长微纳结构的光学特性进行了详细的研究，并且深入挖掘了其在折射率传感以及增强InGaAs探测器光电性能等方面的应用。本文的主要内容及成果包括: 1、采用Mie理论、离散偶极子近似以及FDTD算法对由Si球形颗粒组成的一维及二维亚波长结构的光学特性进行了详细的研究。对于一维结构，我们以两个等大的Si球形颗粒组成的二聚体(dimer)为研究对象。探究了入射光偏振态对其光学特性的影响。计算结果表明，当入射光电场平行于dimer主轴时，每个Si颗粒内部激发的电偶极子模式呈现共线平行排列，这使得颗粒间的耦合作用增强进而导致结构归一化消光谱的展宽以及dimer间隙处电场的增强。对于二维结构，当结构周期与入射光波长处于同一范围时候，系统将产生集体晶格共振模式。该模式的产生来自于单个Si颗粒散射场同阵列周期衍射场的相互耦合。集体品格共振模式具备极窄的半高宽，在传感领域具备很好的应用前景。 2、创新设计了由Si二聚体构成的二维周期阵列结构，并采用FDTD的方法研究了入射光偏振态以及Si二聚体间隙对于系统光学特性的影响。在此基础上我们探索了该系统在折射率传感领域的应用，系统中Si二聚体的散射场与周期阵列不同级次的衍射场耦合进而产生不同的集体晶格共振模式。将该系统应用于折射率传感中，计算结果显示系统具备较高的灵敏度和优质因子，分别达到了1079nm/RIU和306。 3、创新设计了集成InP Mie散射颗粒的InGaAs探测器，并利用FDTD算法对其光学特性进行了研究分析。结果显示，衬底与InP Mie散射颗粒之间的相互作用使得颗粒前向散射效果增强，大大提高了入射光耦合进入探测器的效率，进而提升了探测器的光学吸收。相比于无InP Mie散射体的参考结构，InGaAs探测器的光学吸收提高了59.7％。在此基础上，我们以光生载流子产生速率作为纽带，构建了光电耦合模型，建立起了InP Mie散射体的几何参数与探测器外量子效率之间的联系，并研究了表面复合速率对于探测器性能的影响。