采用模块化的设计思想，制成了高质量且简单易用的音又光纤探针模块、模块化的扫描探头、扫描台等，从而研制出高性能，易操作的模块化的保偏近场扫描光学显微镜。

在同时考虑样品的形貌及材料光学参量和入射光偏振模式的情况下,利用基于边界元方法编写的二维矢量电磁场计算程序,对工作在照明模式下的扫描近场光学显微镜（Scanning Near-field Optical Microscope,SNOM）的近场矢量电磁场分布进行了数值计算模拟研究.结果表明,在没有表面形貌特征时,探针的光能量透射率随样品材料的折射率和损耗角的增加而增大,而样品表面光斑尺寸受折射率和损耗角的影响很小;对有形貌特征的探针扫描像研究结果表明,SNOM的分辨率随着样品的折射率和损耗角的增加而提高;对SNOM不同的工作模式的扫描成像信号进行的计算结果表明,恒定间距扫描方式比恒定高度扫描方式对样品表面的细节有较强的分辨能力.

采用有限积分法对用于近场光学显微镜的旋转对称光纤探针进行了数值模拟计算,研究了光纤探针开口附近亚波长范围的电磁场及其能量密度的分布.计算结果表明,在探针外,光场为沿探针轴线方向的近逝波,其空间光场的分布与激励光场及其极化方向有关,在激励光场的极化方向出现了由感应电荷引起的边缘增强效应.同时研究了近场光纤探针的空间分辨率和样品处的电磁场能量,结果表明光纤探针孔的尺寸及其与样品的作用距离是影响探针的分辨率和样品内电磁场能量的重要因素.

介绍了扫描近场光学显微镜中基于剪切力的样品、探针间距离控制的方法。当受振动激励的光纤探针由远处逐渐接近样品表面时，样品与针尖间的切力使针尖的振动幅减小，通过检测探针振幅的变化从而控制针尖与样品间距离，此种方法可以方便地将光纤探针导入工作区域内并在扫描过程中保持适当的高度。我们测量了探针的幅频特性和力曲线，并用该方法４μｍ×４μｍ的范围内光盘表面的形貌信息，

用三维时域有限差分方法对带纳米金属棒孔径光纤探针成像进行了数值模拟。采用等高扫描从分辨率和灵敏度的角度分别讨论了纳米金属棒长度、扫描高度、孔径大小及镀膜厚度对成像的影响。数值模拟结果显示,带纳米金属棒镀膜孔径探针的性能主要受纳米棒的尺寸决定,较普通孔径探针在分辨率和灵敏度方面都有明显改进,并且稳定性更高。

通过设计合适的纳米表面等离子结构，纳米光学等离子晶体具有光场增强效应，能调控近场范围内的光场分布，可用来设计新型的纳米光子学器件。介绍了纳米光学等离子晶体的原理、结构特点、制作工艺和纳米光子学器件的设计方法，对纳米光学等离子晶体和普通光子晶体做了比较。归纳了纳米光学等离子晶体的物理机制、光学特征，描述并分析了波长选择性场增强效应和束流效应等。给出几种基于纳米光学等离子晶体的纳米光子学器件应用实例。

利用时域有限差分法,对镀纳米结构薄膜光纤探针的成像特性进行了三维数值模拟。在考虑光纤和样品相互作用的基础上,采用等效入射波法设置入射波和等高扫描。从成像分辨率和灵敏度的角度比较了不同纳米颗粒与样品间距、纳米颗粒大小、排列方式以及排列密度对成像的影响。结果表明,镀纳米结构薄膜光纤探针的光子隧道显微镜无论在制备的可行性上,还是在分辨率和灵敏度上都有显著的改进。

描述了制作扫描近场光学显微镜光纤探针的两种简便有效的方法－－带保护层的化学腐蚀法和光纤熔接机拉锥法，从实验中比较、分析了两种制作方法的优缺点，实验表明这两种方法均能制作出针尖直径为５０ｎｍ左右的光纤探针。

采用时域有限差分法对L形和V形纳米小孔进行优化设计。结果表明,两种小孔的出射峰值光强均比具有相同开孔面积的方孔提高了两个数量级。发现在具有相近峰值光强的情况下,且在距离出射面小于60nm的范围内,V形孔光斑尺寸在x方向和y方向的宽度可以比L形孔的光斑小10～15nm。本文对优化设计L形和V形小孔在纳米显微、光存储、光刻、光学操作等近场光学应用领域方面,具有一定的指导意义。

实现了基于双正交的Cohen Daubechies Feauveau（CDF）小波的时域多分辨分析（MRTD）,并将其用于近场电磁散射模拟中。结果表明,在相同的网格划分下基于小波的MRTD比基于尺度函数的MRTD具有更高的数值准确性。最后,对带纳米金属棒孔径光纤探针成像进行了数值模拟,结果显示其成像效果优于普通孔径探针。