提出了一种基于圆形与L形耦合的可调谐的太赫兹宽带吸收器。其主要结构由顶层的电可调石墨烯材料、中间的介质材料SiO₂和底层的金组成。通过COMSOL软件和多重反射干涉理论对器件的吸收光谱进行研究。结果表明：模拟与理论的吸收光谱高度重合。在保持狭缝的前提下，改变中央位置的石墨烯形状并不会改变吸收器的性能。当石墨烯的费米能级通过外加电压调节到0.95 eV时，器件处于强吸收（吸收率>90%）的频谱宽度超过了4.1 THz，且具有极化无关的特性。本设计在光开关、调制器和能量收集等领域具有潜在的应用价值，也给太赫兹宽带吸收器的设计提供更多的灵感。

为实现高功率微波(HPM)系统的小型化，设计一个S波段较低磁场相对论返波管(RBWO)振荡器。针对低磁场特点，分析慢波结构、引导磁场、束压、束流等对输出微波的影响，通过模拟软件(PIC)优化结构。以此设计引导磁场为0.24 T，电子束束压为725 kV，束流为6 kA，频率为3.53 GHz，输出微波功率为1.22 GW，束波转换效率为27%的低磁场S波段相对论返波管。仿真实验结果表明：在强流电子束加速器平台上外加磁场为0.24 T时，得到平均功率1 GW、频率3.58 GHz、脉宽90 ns的微波输出，与理论值一致。进行了重频为1 Hz，20 s的稳定性实验，该实验结果为实现相对论返波管的永磁包装奠定了良好的基础。

为了研究飞秒激光与铌酸锂表面作用过程中热效应对其表面的影响, 采用重复频率为25MHz、脉宽为100fs、平均输出功率为500mW的紧聚焦飞秒激光对铌酸锂表面进行刻蚀。通过建立热扩散理论模型, 模拟重复频率25MHz的飞秒激光在刻蚀点的温度场分布, 并通过电子显微镜对刻蚀点的形貌进行分析, 发现刻蚀点从内至外形成了3种大小不同、排列疏密不同的颗粒状结构区域, 且中心区域被高温烧蚀并伴有裂缝产生。通过能量色散谱仪对刻蚀点的3种不同结构区域中Nb和O元素的相对含量进行测量, 结合刻蚀点的温度场分布、形貌和元素含量进行了分析。结果表明,Nb和O元素在温度场的驱动下向外扩散; 两者的相对含量对刻蚀点的表面结构具有极大影响。这一结果对高重频飞秒激光刻蚀铌酸锂物理机制及应用的研究是有帮助的。

利用重复频率为25 MHz 的飞秒激光刻写铌酸锂掩埋式光波导,研究了在激光作用中心及热影响区域的物质结构,采用650 nm 的激光进行端面耦合实验,观测刻写区域波导的光传输特性及损耗测量.研究发现,在激光刻写区域的上下两个部位分别形成了传输损耗低于1.5 dB/cm 的单模光波导,而刻写区域中心未形成波导结构且光传输性能较弱.拉曼分析显示,刻写区域上下两个部位形成了致密化波导结构,而刻写中心形成了大尺度的缺陷.

模拟研究了电子束电压、电流及注入微波功率等参数对相对论速调管放大器中电子回流产生的影响，模拟发现注入微波过高、电子束电压过低及电子束电流过大都会导致电子回流。同时研究了回流电子对相对论速调管稳定工作的影响，研究发现，电子的回流会引起自激振荡，进而导致锁频锁相失败，器件不能稳定工作。

采用一种以五次幂函数为基础所设计的1×4光波导功分器路径, 利用中心波长为800 nm、重复频率为75 MHz的飞秒脉冲激光为光源, 通过控制三位电动平移台, 在Z切割铌酸锂晶体进行横向扫描此路径, 在激光功率为270 mW和扫描速度为0.05 mm/s下, 制备出1×4光波导功分器, 分析了改变扫描速度和扫描次数对波导形成的影响, 以及波导形成的原因.实验结果表明: 在强激光的各种参量一定时, 扫描速度越小, 扫描次数越多, 波导线宽越大, 扫描速度在一定范围内时, 波导损耗较低.

针对Z切割铌酸锂晶体在中心波长为800 nm、重复频率为76 MHz的飞秒脉冲激光下，利用放大倍数为40、数值孔径为0.65的会聚透镜聚焦，研究了扫描速度和扫描次数的变化对刻写光波导结构的影响，分析了波导结构变化的原因，并测试了1×2光波导功分器的通光性能.实验结果表明：在采用横向扫描、聚焦深度为350～400 μm、扫描速度为100 μm/s和激光功率为250 mW时，获得较理想的铌酸锂光波导，1×2光波导功分器的输出功率分布基本达到均分.

为了实现一个表达式同时反映Y分支光波导在纵横两方向上的折射率分布, 通过对玻璃结构和离子交换过程进行分析, 采用逆向分离变量法提出了基于横向和纵向两个方向折射率分布函数乘积的横截面折射率分布函数, 并利用MATLAB软件对优化结果进行了编程模拟。利用Tl+-Na+离子交换法在BK7玻璃基底上制备了Y分支1×2型3维光波导, 利用雅明干涉法对光波导横截面的折射率分布进行了测量。结果表明, 利用改折射率分布函数模拟得到的Y分支光波导横截面折射率分布与雅明干涉法实验测得的结果吻合。该改进型折射率分布函数可以对Y分支光波导横截面折射率分布进行模拟, 能准确快捷地对Tl+-Na+离子交换Y分支3维光波导横截面折射率分布进行重建。

为了降低光波导中的弯曲损耗，从理论上分析了光波导的弯曲损耗、过渡损耗产生的根源，并以此为依据推导出符合弯曲、过渡低损耗的5次，6次，7次，8次和9次幂函数表达式。由MATLAB和MAPLE工具软件计算可知，9次幂函数的图形曲线最圆滑，当取h=125μm，L=800μm(高分支比)时其弯曲损耗可以减小到4.57dB，与传统常用的余弦函数和反正弦函数进行比较，在相同条件下弯曲损耗有了明显的降低。结果表明，所设计的1×4光功分器优化路线，传输性能优良，分配均匀。这为以后Y分支光波导的制作有很好的指导意义。

提出了带有矩形过渡区的非对称Y分支光波导的两种设计方案。分别通过设置两分支波导不同的宽度和改变分支波导与矩形中心的轴偏移量,去获得非对称分支比。采用有限差分光束传播法(FD-BPM)对两种结构进行模拟,得出它们的分支比和损耗。分支比分别最高可达80%和72.9%,其相对应的损耗分别低于0.12 dB和0.23 dB,充分证明了方案的可行性,为以后非对称Y分支光波导的制作提供了实验基础。