Kiteiset ryhmien III–V yhdistepuolijohdenanolangat ovat saaneet osakseen paljon huomiota tutkimuksissa, jotka tähtäävät nanomittakaavan laitteisiin optoelektroniikan ja muilla nanofotoniikan sovellusalueilla, johtuen niiden alhaalta ylös -kasvatusmenetelmien tarjoamista erityisistä mahdollisuuksista. Tämän kaltaisten nanofotoniikan laitteiden tutkimuksessa ja suunnittelussa numeerinen mallintaminen on korvaamattoman tärkeä työkalu, jonka avulla voidaan paremmin ymmärtää laitteen fysikaalisia toimintaperiaatteita sekä vähentää kallista ja hidasta prototyyppien käyttöä. Tässä väitöskirjassa esitetään tulokset tutkimuksista, jotka tehtiin liittyen III–V nanolankojen nanofotoniikan sovelluksiin sekä suorituskykyisiin numeerisiin menetelmiin, joilla voidaan analysoida ja suunnitella valon käsittelyä tämän kaltaisissa sovelluksissa.

Kvanttipiste-emitterin sisältävään III–V nanolankaan perustuvien yhden fotonin lähteiden valmistuksesta ja suorituskyvystä tehtiin vertaileva kirjallisuustutkimus, jossa näitä verrattiin ylhäältä alas -menetelmillä valmistettuihin muihin puolijohdekvanttipisteisiin perustuviin yhden fotonin lähteisiin. Tässä työssä käsiteltiin aiemmissa tutkimuksissa puutteelliseksi jäänyt nanolankoihin keskittyvä yhden fotonin lähteiden vertailu, erityisesti niiden valmistukseen liittyen. Työssä tuotiin esille näiden nanolankoihin perustuvien lähteiden edut ja haasteet sekä niihin liittyviä mahdollisia jatkotutkimusaiheita.

Uudenlaisia pystysuuntaisissa nanolankaoligomeereissä esiintyviä optisia aaltojohdinmoodeja tutkittiin numeeristen simulaatioiden avulla, ja näiden moodien sopivuutta laserointiin arvioitiin niiden modaalisten ominaisuuksien perusteella. Tähänastisissa aiemmissa tutkimuksissa oli enimmäkseen keskitytty vain yksittäisten nanolankojen optisiin aaltojohdinmoodeihin ja niiden lasersovelluksiin. Tutkituille oligomeereille löydettiin hybridisoituneita moodeja, joilla oli parantuneita modaalisia ominaisuuksia yhden nanolangan moodeihin nähden, minkä lisäksi esitettiin ehdotuksia jatkotutkimuksia varten.

Työssä esitettiin myös menetelmä, jonka avulla voidaan laajentaa finite element method -mallien symmetriaredusointi lineaarisen optiikan sirontaongelmissa epäsymmetrisen tulevan tasoaallon tapauksiin. Saavutettavat vähennykset laskennallisessa kuormassa havainnollistettiin myös numeerisilla esimerkeillä. Vastaavan symmetriaredusointimenetelmän todettiin aiemmin puuttuvan kirjallisuudesta. Lisäksi käsiteltiin numeeristen menetelmien Fourier modal method, finite element method ja finite-difference time-domain method keskinäistä suorituskykyä sekä niiden välillä tehtävää valintaa erilaisissa tulevan valon absorptiota käsittelevissä simulaatioissa.