基于光子晶体非线性效应和线性干涉效应设计了全光异或、非和与逻辑门。应用反演定理拆分较复杂逻辑表达式，通过级联组合设计了全光或非门和四输入与门逻辑器件。本文利用时域有限差分法进行仿真模拟计算，对非线性环形腔的耦合特性进行了分析，然后在信号波长为1.47 μm条件下设计了上述逻辑器件，且通过可扩展输入端可设计出更多输入的器件。分析了信号功率对四输入与逻辑器件逻辑功能的影响。结果表明信号光源功率在1.1 W/μm²到3.4 W/μm²之间时，输出端的逻辑对比度均大于10 dB。所设计器件响应时间最短仅1.6 ps，占用面积小，易于扩展与集成，在光处理系统和集成光路中有较大应用前景。

在二维光子晶体中嵌入了线缺陷，利用线性干涉效应和波导耦合，设计了一种基于二维光子晶体的同或门和与非门结构。主要采用平面波展开法对该二维光子晶体的能带结构进行分析，采用时域有限差分法，结合线性干涉效应，在Rsoft平台对所设计的同或门和与非门进行稳定电场图和归一化功率仿真。仿真结果标明：设计的同或门对比度高达29.5 dB，响应时间为0.073 ps，数据传输速率为13.7 Tbit/s；设计的与非门对比度高达24.15 dB，响应时间为0.08 ps，数据传输速率为12.5 Tbit/s。这些结果表明所设计的结构对比度高、响应时间短和数据传输速率快。

为了探究鼎形微环谐振器的耦合区数量对输出的影响，建立了鼎形微环谐振器的物理模型。利用传输矩阵法对鼎形微环谐振器的物理模型进行研究。分析了不同耦合区数量对鼎形微环谐振器输出的影响。实验结果表明，随着耦合区数量的增加，在1.54~1.56 μm工作波长范围内谐振峰的数量增加，半高全宽FWHM越小，品质因子Q则越大，器件的储能性能越好，并且还能实现对特定波长的滤波作用。耦合区数量对鼎形微环谐振器性能有着很大影响，在设计时根据实际需要选择耦合区数量。

结合光子晶体非线性效应和线性干涉效应设计了一种全光半加器。将光源平均分成两部分，对半加器的与门和异或门分开设计。利用非线性效应实现高对比度的与门；利用线性干涉效应实现异或逻辑，从而使器件整体响应速度更快。在这种设计结构下，器件对信号光源功率只有阈值要求，当信号功率大于51.4 mW/μm²时输出稳定，抗干扰能力强。所设计的半加器进位输出端口对比度为20.69 dB，输出端口对比度为20.13 dB。数据传输速率为0.75 Tbits/s,占用面积623 μm²。

提出一种用于液体传感的光子晶体光纤的结构和设计方法。将六边形光子晶体光纤的纤芯区域设计成2个椭圆空气孔，分别填充水和乙醇，进而比较两种光子晶体光纤结构的传播特性。采用全矢量有限元法对所设计光子晶体光纤结构的双折射、相对灵敏度、限制损耗、非线性系数进行数值分析，对光纤各项参数的优化及纤芯椭圆结构参数进行调整，结果表明：当椭圆率为0.6时，纤芯填充乙醇的光子晶体光纤PCF2在波长1.55 nm处相对敏感度可达到72.506 7%，同时限制损耗可以降至10^?8级。所设计的模型可用于传感和生物传感研究及应用。

在统计分析“降水”和“非降水”视场点的Himawari-8（H8）成像仪（Advanced Himawari Imager，AHI）红外不同光谱亮温梯度变化基础上，开展了H8/AHI资料反演降水初步应用研究。以安徽区域为例，当有降水发生时，AHI通道7至通道16亮温梯度均有变化。采用字典学习和正则化约束法开展降水反演，首先构建匹配的AHI光谱“亮温”和GPM“降水”字典，作为历史样本库；其次基于“字典”利用K-最近邻法进行待反演红外光谱亮温“降水”和“非降水”信号识别；最后在降水信号“子空间”基于正则项约束完成红外资料反演降水。初步试验结果表明基于Gamma概率分布贝叶斯模型平均反演的降水与GPM降水具有较好的结构相似性，误差较小，临界成功指数值较高。进一步将该方法推广应用到AHI光谱亮温反演台风“玛莉亚”降水，得到此方法能够反演出台风的螺旋云雨带。