光和声作为人类感知和认识世界的两种重要媒介,研究声波（弹性波）和光波（电磁波）的产生、传播和探测不仅对于现代国防、航空航天、医疗等领域具有重要意义,同样与我们的生活息息相关。近年来,人工微结构（如:声子晶体,光子晶体,超构材料等）由于其具有可设计、可谐调,以及对波超常的调控等优异性能,逐渐成为新一代智能材料的研究焦点。与自然界中传统由大量微观粒子构成的物质不同,人工微结构主要由人造“原子”构成,通过对人造“原子”的任意设计与排列,能够实现许多目前自然界中材料难以实现甚至不能实现的奇异物理现象。本文以人工微结构材料为基础,在光波以及声波等经典波领域设计了多种不同的物理器件,实现了光波的定向散射、全向隐身结构、高效磁偶极子辐射、表面等离激元波导传输、声波彩虹捕获等效应,这些对于设计新型的光/声场调控器件具有重要物理的意义。文章具体研究内容如下:一、设计了一种在方位角上带有周期性凹槽和狭缝的人工表面等离激元结构,可以通过调整结构尺寸使其实现超定向前向散射,这种准周期的人工表面等离激元结构可以在不同子结构部分独立的支持电偶极子和磁偶极子响应,通过设计两种结构模式相干使得其实现预期的光学现象。二、设计了在硅盘结构中周期性嵌入金属条结构得到一种可以同时支持磁模式和电模式的人工表面等离激元结构,调整结构尺寸使得物体在任意方向上的光散射都被抑制,从而实现了结构全方向隐身的效果。研究发现这种隐身效应主要来源于结构的散射波会和激发的背景波之间相互干涉产生干涉相消的效果,因此可以使得结构在一定频率下实现光的全方向性隐身效应。三、设计了在深度亚波长尺度上的表面等离激元结构,这种结构是将螺旋金属臂嵌入空心硅柱中形成的,在其磁偶极共振的位置可以极大的增强磁辐射能力,特别是通过进一步提高金属臂的螺旋度时,可以实现结构磁共振的超高品质因子和超低的模式体积。理论分析和模拟表明,这种结构的Q因子可以增强至2600（相同尺寸的硅约为5.5）,Purcell因子可以增强到5×106（硅约为5.1）,这一结果可能为设计光学微腔和增强低频磁偶极子辐射提供新的途径。四、设计了一种局域型人工表面等离激元结构和传播型人工表面等离激元结构的组合系统,并通过在局域结构上设计缺陷单元从而实现对于传播的人工表面等离激元模式进行调控,研究发现不同深度的缺陷单元对于捕获光波频率的位置调控具有重要的意义,为此,我们又设计了一个多缺陷单元的局域结构,将其放置于人工表面等离激元波导结构的上方,研究发现其透射谱中出现谷的数量与缺陷单元的数量相对应,并很好的展示了这种缺陷单元结构对于两种类型人工表面等离激元结构的调控效果。五、设计了一种带有一个缺陷沟槽的迷宫结构,通过对结构散射谱的计算以及近场分布的观察,发现不同深度缺陷单元具有不同的色散曲线（截止频率）,从而导致了结构可以捕获相应频率的表面声波。其次我们还发现,不同深度缺陷单元捕获的声波频率不同,为此,我们设计了三个缺陷单元的捕获结构,实验和模拟同时证明了其良好的空间频谱分离能力。进一步,我们设计了一种沿方位角方向沟槽深度梯度变化的彩虹捕获结构被设计而出,利用波导结构得到的实验结果与数值仿真（损耗）的结果匹配一致,这表明我们的实验较为成功,同时也展示了模拟结果的精确性。我们设计的局域器件的彩虹捕获方式对于声学器件的集成化和小型化具有重要意义。