基于边缘特征的图像时域快速定位方法有很多.文中提出一种基于实时图像与模板图像边缘点之间映射的算法,该算法具有很强的稳健性,与基于Hausdorff距离的快速算法、基于时域互相关的算法比较,理论和实验结果都证明,三种方法在理论上的稳健性是一致的,但具体算法的实现上文中提出图像定位的方法,在图像特征点较少时,计算量更少,实时性高,具有实用价值.

用多模干涉原理分析和设计了光通信波长(1.30 μm～1.55 μm)的Si1-xGexSi滤波器,并用模的传播分析方法对其传输特性进行了研究。结果发现,在Ge含量x=0.04时,干涉区的脊高和宽度分别为6.35 μm和8 μm。如果多模干涉区长度LM=2302.5 μm,可滤1.30 μm而通1.55 μm的波长。且具有31dB的对比度和0.01dB的插入损耗;如果多模干涉区长度LM=2512.5 μm,可滤1.55 μm而通1.30 μm的波长。具有16dB的对比度和0.09dB的插入损耗。

利用几何光学理论分析了波导与探测器吸收层之间的光学传播情况,以硅基波导与GeSi/Si多量子阱PIN探测器吸收层为分析对象,说明光学耦合效率与两层介质的折射率分布及吸收层长度的关系。

用分子束外延法将GeSi/Si超晶格结构生长在n+/n Si材料上,先后用反应离子刻蚀法形成探测器波导和硅脊波导,经适当工艺实现硅波导与PIN探测器之间的光电集成,5 V偏压下PIN探测器的最小暗电流为0.8 LA,最大光响应电流为2.7LA,最大总量子效率为14%,工作波长为K=1.3 μm。

对1.55 μm波长的Si1-xGex光波导开关和Si1-xGex/Si红外探测器的集成结构进行了系统的理论分析和优化设计。设计结果为：(1)对Si1-xGex光开关, Ge含量x=0.05, 波导的内脊高、脊宽和腐蚀深度分别为3, 8.5和2.6 μm, 分支角为5～6°。要实现对1.55 μm波长光的开关作用, pn+结上所需加的正向偏压值应为0.97 V; (2)对Si1-xGex/Si探测器, Ge含量x=0.5, 探测器由23个周期的6 nm Si0.5Ge0.5和17 nm Si交替组成厚度为550 nm, 长度约为1.5～2 mm的超晶格, 内量子效率达80%以上。

对1.55 μm波长的Si1-xGex光波导和Si1-xGexSi多量子阱(MQW)红外探测器的集成器件结构进行了系统的分析和优化设计。优化结果为:1)对Si1-xGex光波导,Ge含量x=0.05,脊宽、高和腐蚀深度分别为8、3和2.6 μm;2)对Si1-xGexSi多量子阱红外探测器,Ge含量x=0.5,探测器由厚度为550 nm、23个周期的6 nm Si0.5Ge0.5+17 nm Si组成,长度约2 mm。结果表明,这种结构器件的内量子效率可达88%。

在全硅和GeSi电光强度调制器研究的基础上,提出了一种新型的电光强度调制器结构,目的在于减小调制电流和提高调制频率。

对GexSi1-x/Si应变超晶格雪崩光电探测器进行了分析与优化设计。优化结构为：i-Si雪崩区厚是1.8～2 μm;p-Si区的掺杂浓度是10 18 cm-3,厚为17 nm;超晶格总厚为340 nm。它可探测1.3～1.6 μm的红外光。

根据脊形光波导的基本设计要求，分析了锗硅合金脊形波导的结构参数对其光传播特性的影响，并优化设计了结构参数，其合理性得到了实验验证。

根据受抑全反射的光学隧道效应和Goos-Hanchen位移分析SOI全内反射型光波导开关中导模的传输和反射特性。在讨论等离子体戏散效应，p-n结大注入效应的基础上，分析了全内反射光波导开关的电学性质。设计了该器件的结构参数和电学参数。