针对传统光栅耦合器在耦合过程中需要入射光倾斜一定角度且耦合效率低的缺点，提出了一种双层Si₃N₄减反射垂直光栅耦合器结构。基于时域有限差分法，对双层Si₃N₄薄膜结构的上、下层Si₃N₄厚度，下层Si₃N₄与光栅的距离及上、下层Si₃N₄之间的高度进行了详细讨论。分析结果表明，对于双层Si₃N₄减反射垂直光栅耦合器结构，横电波（TE）模式下在1550 nm波长处可以获得超过94%（-0.26 dB）的垂直耦合效率，3 dB带宽为107 nm（1485~1592 nm），具有良好的低损耗特性和带宽特性。同时，在现有加工工艺基础上，对该器件进行了容差分析。分析得知，当光纤光栅对准容差在-1.92~1.92 μm范围内、对准角度容差在-1.8°~1.8°范围内时，双层Si₃N₄减反射垂直光栅耦合器可以获得超过80%的耦合效率。

为了实现电磁干扰环境下的心电信号监测, 提出了一种抗电磁干扰的心电信号监测系统。论文给出了输出光电流的计算公式, 分析了半波电压及插入损耗对系统灵敏度的影响。利用铌酸锂电光晶体搭建实验系统, 测试了5位健康志愿者的心电信号。应用提出的系统和电学心电信号采集系统分别测试了正常环境及电磁环境下志愿者的心电信号。测试结果表明: 在正常环境下, 本系统能获得与电学心电信号采集系统同样清晰的心电信号波形; 在电磁环境下, 本系统获得的心电信号优于电学心电信号采集系统。最后定量计算了两者的信噪比, 计算结果表明: 在电磁干扰下, 本系统的信噪比变化量为0.54 dB(V2)/0.49 dB(V4), 而电学心电信号采集系统的信噪比变化量为24.07 dB(V2)/16.75 dB(V4)。

在研究微球腔和锥形光纤耦合的基础上，介绍了耦合系统中外界空气流动等带来的振动噪声对耦合距离的影响，并系统地分析了耦合距离与系统耦合状态的关系。为进一步验证外界各种振动噪声对系统稳定性的影响并解决这些因素对谐振谱线造成的干扰，采取了两种方法来进行抑制: 一种是设计了隔离罩将耦合系统与外界环境隔离，另一种是用紫外胶将锥形光纤与微球腔封装在一起。实验结果显示，这两种方法均可使系统达到相对稳定的状态，论证了两种方案的可行性。在第二种方案中，黏合为一体的微球腔结构彻底与外界隔离，不会再受振动噪声的干扰，为后续的实验奠定了良好的基础。

光学微腔由于其高品质因子（Q）特性具有广泛的应用前景.本文以光学微球腔为例分析了影响Q的各种因素，并通过实验研究分析了光学微球腔所处环境对Q的影响.选用直径约为260 μm的典型微球腔与锥形光纤进行耦合，通过透射谱的变化来反应Q的变化，结果表明，微球腔周围水蒸气的光吸收损耗和粉尘的散射损耗对微球腔的Q影响较大，能够导致Q降低1~2个数量级.

介绍了高品质因子(Q) 回音壁模式(WGM)SiO2光学微球腔和锥形光纤耦合器的制备方法。应用窄线宽(300 kHz) 单模NewFocus可调谐激光器(1520-1570 nm)作为激发光源,使用直径1.2 μm锥形光纤激发直径150 μm的SiO2微球腔的光学模式,得到了其形貌共振谱线。从微球腔的温度分布出发,结合SiO2材料的热膨胀以及热光效应折射率变化机理,分析了微球腔在高功率光激发下热效应引起的共振谱平移(2.5 GHz/℃)。实验表明,控制WGM 激发功率,可有效抑制微球腔的热效应,且易于实现稳定的高Ｑ模式。调整锥形光纤耦合激发角度,可以较好地抑制微球腔高阶模式,测得其共振谱线宽为22 MHz,对应的微球腔Q值为107。