基于有机共轭聚合物聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯乙炔](MEH-PPV)的脊形波导,利用光子晶体特殊的光调制特性,模拟设计了一维边发射有机光子晶体激光器。利用光子晶体的带隙结构和带边效应构建了由光子晶体全反镜和透反镜形成的谐振腔,在谐振腔内的脊形波导上引入一维缺陷型光子晶体,利用光子晶体缺陷模特性抑制了多纵模竞争,并在此基础上分析了复合结构所导致的边界模效应,得出此类非金属微腔激光器腔长设计的经验公式。模拟结果表明该一维边发射有机光子晶体激光器可实现中心波长为588 nm、半峰全宽为0.131 nm的单纵模激光输出。

基于有机半导体发光材料,研究了低折射率对比度下八重准晶结构中双缺陷微腔之间的缺陷模的耦合特性。研究结果表明,在八重准晶双9孔缺陷情况下,缺陷模不但发生了分裂,还出现了一个由双缺陷微腔与中间散射体所构建的复合腔新模式。在此基础上,利用缺陷模的三维场分布和模式之间的相位关系,揭示了模式耦合的物理机制,这为后续可见光波段有机半导体光子晶体器件的设计与制备提供了理论依据。

光纤激光器在光纤通信、光纤传感、光谱测量等众多领域有着广泛应用。设计并研制了一种基于数字微镜器件（DMD）实现滤波功能并具有多个输出端口的宽带连续可调谐掺铒光纤激光器。用行波速率方程模型对激光器的输出特性进行理论分析和仿真研究；在此基础上，搭建了具有8个输出端口的宽带可调谐掺铒光纤激光器实验系统；结果显示：各端口输出波长范围为50 nm，完整覆盖了整个C波段，并拓展到了S和L波段；激光器的阈值抽运功率为17 mW, 输出激光的3 dB带宽小于0.02 nm，边模抑制比大于50 dB。激光器在100 min内输出稳定性的实验测试结果表明，输出激光的功率波动小于0.4 dB，波长抖动小于0.02 nm。

可重构光分插复用器(ROADM)和多维光交叉连接(OXC)作为实现下一代动态全光网络的关键设备受到了光通信领域研究机构和产业界的高度重视。1×N 端口波长选择开关(WSS)是目前及下一代ROADM 的核心器件。针对现有WSS 存在的光学系统复杂、系统插损与端口串扰大，以及端口数和通道数有限等不足，提出一种具有通带调谐灵活性的基于硅基液晶处理芯片(LCoS)的1×32 高端口数WSS。通过软件远程控制LCoS 上加载的全息相位图像，使光通信C 波段密集波分复用(DWDM)信号中任意一个或一组波长灵活切换至任意输出端口输出，各波长通道切换独立可控。研究结果表明：系统插入损耗为5 dB~25 dB；栅格为100 GHz 时波长信道的3 dB 带宽均为40 GHz；带宽从50 GHz 起连续可调，调谐步长1 GHz。这一研究为M×N 高端口数WSS 的研制奠定了坚实的理论实验基础。

硅基液晶(LCoS)是一种新型可编程的衍射光学元件，已广泛应用于光学显示、通信与存储等领域。研究了LCoS 的光束衍射特性，并将其作为波长切换器应用于1×N 型波长选择开关中，成功实现了输入与任意输出端口之间的波长切换。利用光学标量衍射理论计算得到LCoS 上1 级光强分布及衍射效率与各物理参量的关系。结果表明：单位周期内相位阶数不低于10 时，衍射损耗可稳定控制在5 dB 内。在此基础上，巧妙设计了基于LCoS 的1×N 型波长选择开关(WSS)，利用LCoS 相位光栅设置的高度灵活性实现输出通道间隔的灵活可调。通道之间低串扰且独立可控。实验测得WSS 系统损耗为10 dB~14 dB。

利用有机共轭聚合物MEH-PPV 优良的发光特性和光子晶体对光的调制特性，设计制备了有机半导体二维平板的准晶光子晶体激光器。该激光器是以MEH-PPV 为增益介质，利用二维平板准晶光子晶体点缺陷和上下电极表面作为反射膜共同构建激光器的微腔，获得了具有激射效应的电抽运8 重准晶垂直腔面发射激光器。该激光器的阈值电流为8 mA，激射波长为606 nm，谱线半峰全宽为0.5 nm，接近光纤光谱仪的分辨率极限。

可调谐光纤激光器可广泛应用于光纤通信、光纤传感、激光光谱、精密测量和激光加工等诸多领域。针对目前可调谐激光器在调谐性、灵活性、稳定性和多波长功率均衡性等方面的不足，提出一类新型的基于数字微镜器件（DMD）的多波长宽带可调谐光纤激光器。该激光器利用关键器件DMD作为波长调谐器，掺铒光纤作为激光增益介质，通过巧妙的光学设计，实现仅利用一块DMD芯片独立、灵活、稳定调谐多波长激光输出的目的。该激光器具有3个输出通道，各通道之间独立开关控制，每个通道均可实现波长在1530~1560 nm之间的连续可调谐输出，波长调谐精度0.055 nm/pixel，边模抑制比大于55 dB，激光输出功率最大值为10 mW，2 h内的中心波长漂移小于0.02 nm。

理论模拟并实验制作了一种基于波长调制的高灵敏度的锥型光纤探头表面等离子体共振传感器。理论上研究了锥型探头的锥度比(TR)与传感器灵敏度和检测精度的关系，结果表明，随着锥度比的增加，传感器灵敏度上升，精确度下降。综合考虑这两个指标，当TR在1.2至1.8之间时，传感器有较高的性能。在理论设计的基础上，实验制作了锥型探头，并且搭建了实验系统，实验结果显示，传感器灵敏度达到3.94 μm/RIU(RIU表示折射率单位)，与理论模拟值(3.90 μm/RIU)符合得很好。

利用时域有限差分方法，理论上研究了由正方形金属嵌入背景材料硅中组成的二维正方晶格和三角晶格光子晶体的亚波长成像特性。采用Drude模型描述金属银的色散特性，在近红外波段该模型可以很好地描述金属的实际介电常数。通过结构参数的设计，在上述两种结构中实现了波长在1550 nm附近的亚波长成像，并且发现金属对入射光的吸收使得成像位置处的光强稍有降低，但是对于光子晶体亚波长成像的质量并无影响。相对于通常的硅基空气孔型光子晶体亚波长成像器件，该种硅基金属型全固态光子晶体结构更加稳定，因而可以更好地在复杂全光集成回路中加以实际应用。

采用时域有限差分法研究了二维八重准晶有机光子晶体的光传输特性，重点分析了光束在聚苯乙烯空气柱平板结构和聚苯乙烯介质柱结构中的透射特性与光局域特性。研究结果表明，即使在低折射率对比度的情况下，两种完整八重准晶平板结构中均出现了可见光波段的光子带隙和本征模，且光子带隙中心位置随着平板厚度的增大而红移。当在两种准晶结构中引入缺陷微腔时，带隙内的缺陷模产生位置和波长红移特性随着微腔结构的变化规律明显不同，这种差异性是由两种物理机制(即光子晶体缺陷能级变化与微腔所支持的驻波条件)共同作用的结果。这一研究结果将为实验制备有机准晶发光器件提供一定的理论基础。