承载着纳米光学要求集成器件越来越微型化的期望,人工光学材料成为该领域的研究前沿。目前,人工光学材料主要包括光子晶体、特异材料、特异表面和特异晶格,它们展现出自然材料不具备的新颖光操控现象,极大地扩展了人们对材料的认知。深入探讨影响微粒子光散射行为的因素,在实现一些新奇光学现象和获得超薄亚波长光学结构方面具有独特的理论价值。这主要是由于,微粒子是构成人工光学材料的基本单元,它的光散射性质对人工光学材料中的光学现象有基础性调制作用。科研工作者已经发现,高折射率介质粒子光散射时相反符号的角动量通道可以近独立地发挥作用,并据此设计出了比光子晶体、特异材料和特异表面更薄的亚波长光学结构。我们拟在探讨新的基于角动量通道的粒子光散射控制方式的同时,进一步展示其在人工光学材料构造上的潜力。探索粒子的局域散射行为即组成人工光学材料的基础粒子的散射行为,将为人工光学材料操控电磁波提供更多的自由度。我们首先回归到单个粒子的光散射行为,深入细致地研究单个粒子光散射特性与角动量通道间关系,理解了光与粒子相互作用的物理图像是感应电多极子模式的相干叠加。在此基础上,首次发现线性介质柱内激发的类偶极子模式。与电偶极子模式相比,两者的散射外场分布情况极为相似,但是类偶极子模式的磁场分布满足偶对称性,而电偶极子模式的磁场分布满足奇对称性。将拥有奇异类偶极子模式局域散射特性的柱子排成二维阵列,实现了100%光学回射现象。与传统上获得回射的方法以及近来超材料、超表面等机制相比,该结构首次在CMOS工艺兼容下,基于线性介质实现了光束片上共面操控下的回射效应。接下来,我们改变调控角动量通道的方式让所有的角动量通道都被近似调整到同一共振频率,提出由一种介电媒质构成的柱子实现三通道近简并共振的方案。此时三个通道对应的感应电多极子模式都处在散射共振态,极大地增强了柱子与柱子之间的耦合作用,让感应多极子模式开始旋转,而且它们以相同的旋转方式补充特异晶格内光波的传播动量。我们将光子晶体内的狄拉克点与柱内的旋转多级子模式联系起来,实现了狄拉克点附近操控光的出射方向、调制光的负透射和正透射的目的。即0th和-1st透射率随着层数准周期性振荡,而且特定的层数的透射率达到近100%。这里旋转多极子的模式是光子晶体狄拉克点的微观体现,而光子晶体的狄拉克点是旋转多极子模式的宏观印证。基于奇异类偶极子模式局域散射特性的光波回射现象,和基于近简并共振的特异晶格的奇异透射现象,两者都是通过调制微粒子角动量通道而获得的新颖的光散射行为。这里基础粒子的局域散射性质对整个结构的电磁波操控所起的基础性调制作用得到了充分的体现,除此之外,构型、晶格常数等因素也起到了辅助调制的作用。回射和负透射结构都有低耗、易加工、微型化、In-plane和CMOS兼容等优势,除了为纳米光学的发展提供更好的可选方案之外,光波回射形成光学超晶格可以用来囚禁原子和制造量子开关,奇异透射现象可用于光波分束,而我们给出的光子晶格整体行为的微观对应,是一种全新的探索方向。