近年来,人们在光电子领域发现了许多新现象,例如表面等离激元的激发、异常强光透射、负折射现象以及电磁波的局域化等等。从物理机制来看,这些现象来源于电磁波与人工微结构相互作用在特定条件下造成电磁波的共振。对这些共振现象的深入研究既能加深人们对电磁波与人工微结构相互作用的理解,同时也为表面等离激元学、亚波长光子学以及随机激射等方面的研究提供广阔而诱人的应用前景。本论文系统研究了微纳光子结构中电磁波传播规律和电磁共振现象,并且探讨了它们在太赫兹器件中的应用,研究内容包括以下几个方面:　　 第一,我们研究了具有表面周期的锑化铟等半导体与介电材料的多层结构中表面等离激元随温度变化的激发规律及其对太赫兹波传播规律的影响。研究表明,在当太赫兹电磁波入射到锑化铟等半导体与介电材料的多层结构时,在一定的温度范围内,锑化铟等表现出金属特征,表面等离激元被激发,激发模式随温度的变化而变化。低指数的模式及其交叉耦合在表面等离激元的带结构中清晰地展现出来。在这些激发模附近,太赫兹波的反射受到抑制,因此我们观测到反射谷;同时太赫兹波发生共振透射,随着锑化铟等半导体膜厚度的变化,透射峰或透射谷被观测到。进一步地,随着系统中温度的增加,太赫兹波的透射显著降低,而反射显著增强。在此基础上,我们提出并设计出新型温度调控的太赫兹滤波器件等。　　 第二,我们研究了具有亚波长小孔阵列的锑化铟结构中太赫兹波的异常强透射,以及利用亚波长“牛眼”结构中太赫兹波的聚焦等。研究发现,当太赫兹波入射至具有亚波长小孔阵列的锑化铟结构时,在特定的温度范围内表面等离激元被激发,该结构中上、下两界面的表面等离激元通过倏逝波而发生耦合,表面等离激元的激发和耦合导致光在该亚波长系统中发生共振透射,出现异常强透射效应。并且,可以通过改变系统温度来选择共振模式,从而实现温度调控的异常强透射。研究还发现,当太赫兹波穿过亚波长的锑化铟“牛眼”结构时,表面等离激元在单缝周围的周期结构中发生温度可调的共振激发,从而在单孔上方获得极高透射效率,成为一种特殊的聚焦太赫兹光束。研究结果为研制太赫兹频段光源、突破衍射极限的成像等提供了科学思路。　　 第三,我们研究了无序多聚物(Random n-mer,RN)介电多层结构中光的共振透射。我们首先建立无序多聚物介电多层结构模型,利用转移矩阵理论研究了光子在该结构中的传播特性。解析证明在该系统透射谱的带隙中存在光子共振透射模,在共振频率处光子可在RN系统中自由传播,光子的局域长度趋于无穷。这些共振频率点的出现导致系统中的光子积分态密度随着频率呈现台阶状的分布。其次我们在实验上制备出一系列无序多聚物介电多层膜样品,对它们的微结构进行了表征,并测量了其光谱性质。通过对不同随机结构的样品及其在不同角度下的透射谱的综合分析,在实验上证实了在RN系统的色散图中确实存在着与理论预测相符的共振透射带,并且光子的共振透射现象在不同入射角、不同偏振态下总是存在的,揭示了在RN系统中光子共振透射发生的普遍性。从而,我们发现和证实了RN介电系统中光的共振透射现象,加深了人们对关联无序的光子系统中电磁波传播规律的认识,研究结果为发展新型光电功能材料和器件提供了科学思路。　　 总之,通过以上三方面的研究,我们揭示了微纳光子结构中一些电磁共振现象,并且探讨了它们在太赫兹器件中的应用。我们知道,太赫兹和亚太赫兹频段正好填补电磁波谱的毫米波与红外波谱间的空白,在半导体、医学及安全生产等方面有广阔的应用前景。本论文的研究工作丰富和发展了太赫兹频段的亚波长光子学和等离激元学,为研制新型太赫兹频段材料和器件提供科学依据,为调控太赫兹波开拓思路。