通过数值计算和实验研究了外部光注入和光反馈双重调制的半导体激光器混沌有效带宽和延时特征。实验结果表明，该方案可以获得较大的混沌信号带宽，与单一光反馈调制的半导体激光器相比，双重调制的半导体激光器的延时特征明显减弱。这与数值计算的结果吻合得较好，说明该方案能更好地提升基于混沌激光保密通信的保密性能。同时实验研究发现，激光器在频率负失谐区域能够获得更大的有效带宽和更小的延时特征峰，在频率正失谐区域延时特征抑制会有明显的恶化。

为了测量微纳光纤直径, 采用了液体浸没强度检测法。首先对微纳光纤-液体圆柱形波导结构进行理论分析, 得到了整根微纳光纤附加损耗与外形参量的对应关系, 搭建了微纳光纤直径测试实验系统, 并对两组直径不同的微纳光纤进行了测试。结果表明,直径为2.7μm时, 直径测试最小分辨率约为3nm, 4根微纳光纤的直径偏移量分别是40nm, 30nm, 80nm和20nm; 直径为4μm时, 直径测试最小分辨率约为12nm, 4根微纳光纤的直径偏移量分别是60nm, 90nm, 10nm和30nm, 有较好的直径一致性, 证明了液体浸没强度检测法的可行性。此研究对微纳光纤进一步走向实用提供了技术支持。

为了实现横截面尺寸为 50 μm×50 μm 的聚硅氧烷聚合物光波导的耦合转向问题, 设计了一种表面覆盖高折射率包层的多层蚀刻光栅耦合器。首先, 分析了影响聚合物波导光栅耦合器耦合效率的结构因素; 然后, 采用在光栅表面蚀刻高折射率层的方法, 提高了聚合物波导光栅耦合器的耦合效率; 接着, 对不同的周期(范围: 100~4 000 nm)和不同的蚀刻深度(范围: 0~50 000 nm)进行排列组合, 形成不同的光栅结构, 基于时域有限差分法编写程序, 遍历所有情况, 得到不同光栅结构下的光场情况以及其耦合效率, 找到使耦合效率最大的周期以及蚀刻深度。最后, 设计了多层蚀刻的光栅耦合器, 进一步提高耦合效率。当蚀刻深度为5 000 nm, 光栅周期为2 600 nm时, 带高折射率层的聚硅氧烷聚合物光波导均匀光栅耦合器的耦合效率达到最大, 为17.2%。采用多层蚀刻的方式, 对结构进行优化, 其耦合效率能达到37.4%。为聚硅氧烷聚合物光波导在光互连中的实际应用提供了理论依据。

为实时监测高通量激光系统中洁净情况，提出了基于微纳光纤的微量污染物传感技术。为消除微纳光纤外形结构误差对测试结果影响，首先理论研究了微纳光纤拉制过程，得到了加热长度和拉伸长度误差和引入微纳光纤外形结构偏差的关系，接着通过理论仿真得到了不同拉制参数条件下，微纳光纤外形结构误差情况，并得到了拉制长度为10 mm、直径为1.5 μm的最优制备参数，最后通过实测微纳光纤外形结构验证了理论仿真结果。实验结果表明，通过优化微纳光纤拉制参数可实现其外形结构的精细控制，为微纳光纤用于微量污染物传感工程实用化奠定基础。

为获得激光装置密闭空间内部气溶胶分布变化情况，提出了一种基于微纳光纤传感的密闭空间气溶胶检测方法。首先通过理论计算微纳光纤表面吸附气溶胶后传输能量的变化情况，得到能量损耗与气溶胶折射率、尺度之间的关系。利用火焰熔融扫描拉锥法拉制微纳光纤，并放置在激光装置中实验验证。实验结果表明：利用直径为1.5 μm的微纳光纤可以有效检测密闭空间内直径为1 μm和2 μm尺度的颗粒污染物，并可以通过微纳光纤的附加损耗评估颗粒污染物的数量及尺寸，得到附加损耗与空间环境洁净度之间的关系，且理论与实验结果符合较好。

分析了微光纤耦合器的基本光学特性，利用微纳光纤拉制平台，在线监测制作出具有良好光学性能的微光纤耦合器，对微光纤耦合器的振动信号响应特性进行分析与实验研究，并进行了行人走动引起的振动信号的响应测试，实验结果表明微光纤耦合器对外界振动具有高灵敏度的传感性能，在区域点警戒方面具有一定的应用价值。

微纳光纤的大倏逝场在光纤传感领域具有巨大应用前景。分析了微纳光纤拉制过程中影响外形控制的因素。通过改进拉制工艺和合理设置参数来提高微纳光纤外形结构控制精度，实测两根微纳光纤外形结构，表现出良好的一致性。理论仿真了吸附微颗粒与微纳光纤附加损耗的关系，实现了对空气中微颗粒吸附过程的在线监测及对吸附2 μm直径氧化铝颗粒的计数功能。分析了液体吸收系数与微纳光纤附加损耗的关系，通过测量微纳光纤传输附加损耗，实现了对不同液体吸收系数的测试。