衍射效应会导致出射光发散到各个方向。为了减小衍射效应带来的发散效果,并解决出射端波导辐射距离短、辐射效率低的问题,采用二维正方晶格光子晶体构建了一种新型的光子晶体波导出射口结构。首先采用Y型通道结构来提高输出端的透射率;然后采用多支路结构进行耦合,以提高出射光的集束性,从而增大光波的辐射距离;最后进一步优化了出射口的周期数。通过平面波展开法和时域有限差分法进行分析和仿真,仿真结果表明:在辐射距离为110 μm处,辐射光波的发散角度约为3°,辐射效率可达到25%以上;具有Y型缺陷、出射口数目为16,并且出射口周期数为4的正方晶格光子晶体能够实现良好的定向辐射。

光学器件应用于集成光路中尺寸必须足够小，传统耦合分束方式需较长的耦合距离，尺寸不易控制在较小范围内。采用耦合区域增加可变介质柱可以有效减小耦合距离，在完整的光子晶体中引入直波导，并且在直波导的出射端设计成3个波导出射口，其中两侧出射口结构完全相同。利用时域有限差分法分析，结果表明: 通过改变直波导间耦合区域的介质柱大小可实现控制光波功率分配的目的，从而实现了波导传播过程的分光比。

为了解决光子晶体波导出射端光场控制, 同时解决二维三角晶格光子晶体波导出射光辐射困难的问题。利用二维三角晶格光子晶体设计了一种新型光子晶体波导出射口结构。在二维三角晶格光子晶体波导出射端引入两个微腔, 通过光波与微腔发生共振, 形成类似于三个点光源干涉的出射光, 同时进一步提出波导出射端喇叭口干涉出射光定向辐射的设计。通过这种微腔喇叭口设计, 利用时域有限差分法分析结果表明光波实现很好的定向辐射, 并且辐射距离显著提高。

针对行波探测器阵列只能合成输出功率而不能同时提高工作带宽的现状, 基于m推演型滤波电路原理, 提出了一种新的L型阵列探测器, 即通过在光电二极管之间串联电容减少结电容对截止频率的影响, 再与两个电感串联形成单个阵列单元, 然后将单个阵列单元级联构成全新的L型滤波器电路结构。结果表明, L型探测器阵列能够对射频输出信号进行功率合成, 同时工作带宽提高至67 GHz, 相较于传统光电探测器, 工作带宽提高两倍。通过增加级联光电二极管的数量, 可以持续增大输出功率, 同时L型探测器阵列的推演方法可根据实际需求灵活设计出期望的光电探测器, 为未来大带宽、高功率的光电探测器设计提供理论基础。