为了准确测量米级长度线型狭缝波导的准横电波(TE)和准横磁波(TM)的色散, 设计了一种马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的色散测量光路。介绍了相位拟合法和平衡波长法的测量原理, 并结合测量光路进行测量。测量结果表明: 滤除偏振模式间的串扰噪声, 可进一步提高色散测量的准确度; 通过调整波导的狭缝尺寸, 可对其色散进行有效调控, 当狭缝厚度为0.1μm时, 波导在1 440~1 640 nm波长范围内具有接近零且平坦的色散。

为了有效简化表面光栅耦合器的制备工艺和降低制备难度, 设计了一种互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容的高效氮化硅表面光栅耦合器, 采用二维时域有限差分(2D-FDTD)算法对耦合器的结构进行了建模、优化和仿真, 计算并对比了不同结构的耦合器光谱特性。研究结果表明: 在标准绝缘体上硅(SOI)晶圆上, 借助于CMOS后道工艺, 所设计的氮化硅表面光栅耦合器在通信波长1550 nm附近的最高耦合效率为-3.36 dB, -3 dB带宽为101 nm。

从实验和理论上研究了InGaAsP多量子阱(Multi-Quantum-Well, MQW)双区共腔(Common Cavity Tandem Section, CCTS)结构半导体激光器的吸收区偏置状态对双稳态特性的影响。实验结果表明: 随着可饱和吸收区上的负偏置电压的增大, 激光器P-I曲线中双稳态特性更加明显, V-I曲线有负微分电阻, 当偏压加至-3 V时, 回滞曲线环宽度增加至13.5 mA, 开关比达到21: 1。理论分析表明, 利用吸收区的高负偏置态和短载流子逃逸时间能获得更好的双稳态特性。最大107: 1的开关比也说明双区共腔激光器能在两稳态之间实现非常明确的转换。

超辐射发光二极管因其宽光谱低抖动的光谱特点以及输出光为非相干光的特性, 在光学相干层析成像技术、光处理技术等领域具有重要应用。为获得宽光谱低抖动的超辐射输出光, 设计并制备了一种1 550 nm AlGaInAs多量子阱超辐射发光二极管。采取倾斜12°波导并增加隔离区, 结合抗反射薄膜, 最终实现宽光谱输出的超辐射发光二极管, 并比较了有无隔离区对器件性能的影响。实验结果表明, 制得的超辐射发光二极管3 dB光谱宽度可拓宽至83 nm, 光谱纹波小于0.1 dB, 在200 mA工作电流下, 出光功率大于1.5 mW。

对AlGaInAs多量子阱1 300 nm FP激光器进行反射式倒装封装，在热沉上靠近激光器出光端面约10~20 μm的区域采用Au反射层，对器件垂直方向出光进行反射。测试结果显示，与常规封装相比，采用这种结构封装芯片垂直发散角从34.5°降低至17°，器件单模光纤的平均耦合功率从1 850 μW提高至2 326 μW，耦合效率从21.1%提高到26.5%。对两种激光器进行光电参数的测量，结果表明：与常规封装器件相比，采用反射式倒装结构器件的饱和电流从135 mA提高至155 mA，饱和输出功率从37 mW提高至42 mW，热阻从194 K/W降低至131 K/W。最后对两种器件在95 ℃环境温度、100 mA电流下进行加速老化实验，老化结果显示：在老化条件下，器件衰退系数从常规封装的4.22×10-5降低至1.06×10-5，寿命从5 283 h提高至21 027 h。

对AlGaInAs多量子阱FP TO-56半导体激光器在不同环境温度、相同发热量下测量出光波长的变化来分析器件波长温度变化系数; 并对器件在室温、不同发热功率下的出光波长变化进行测量, 分析计算得到器件热阻为183K/W.接着对器件进行不同高温应力试验, 结果显示：环境温度从120℃增加至220℃时, 器件峰值波长发生缓慢蓝移; 当环境温度达到225℃时, 器件波长发生明显蓝移, 从试验前1 297 nm蓝移至1 265 nm; 温度继续增加至235℃, 波长蓝移至1 258 nm, 同时光谱模式间隔从试验前0.92 nm降低至0.84nm, 即模式有效折射率从3.66增加至3.77; 温度继续增加至240℃, 器件失效无光.其主要原因可能为：高温应力下, 激光器外延材料中波导层、量子阱量子垒中的Al、Ga、In金属元素往有源区方向迁移使得量子阱有效禁带宽度以及有源区波导折射率增大.该试验结果为进一步分析器件高温下器件的失效机理以及改善器件高温性能提供试验基础.

主要研究了外加光反馈对光纤布拉格光栅外腔半导体窄线宽激光器特性的影响。在研究温度对光纤光栅外腔半导体激光器激射波长影响的基础上，设计了强度可调的外加光反馈系统，并利用延时自外差法测试外腔半导体激光器的线宽，从实验上分析了不同强度的外加光反馈对外腔半导体激光器线宽和噪声的影响。实验结果表明，在外加光反馈强度逐渐增强的过程中，激光器线宽逐渐变窄。当反馈比为-22 dB时，激光器线宽被压窄至原始线宽的15%。与此同时，在相同的反馈变化下，激光器的相对强度噪声开始无明显变化，直到反馈比达到-27 dB。再继续增大反馈强度，相对强度噪声显著增大，激光器内部发生相干崩塌。

针对单边带微波光传输应用要求，提出并研究了一种基于集成光波导微环谐振器与马赫曾德尔干涉仪相结合的可调谐微波光子滤波器。分析了滤波器结构参数，包括耦合系数κr、周损耗因子γ1、附加相移Δφ1等对滤波响应特性的影响。结果表明滤波曲线的矩形度和消光比存在相互制约的关系。基于聚合物液态聚倍半硅氧烷(PSQ-L)波导，设计出矩形度为0.8、消光比为32 dB的微波光子滤波器，通过电极热光调相该滤波器可以实现8~69 GHz范围内的可调谐射频单边带滤波功能。

分析了全通型波导微环的滤波响应特性，该波导微环在耦合系数与微环周损耗满足临界耦合条件时可以实现陷波滤波功能。设计并制备了跑道形聚合物液态聚倍半硅氧烷(PSQ-L)波导微环谐振器。基于其陷波滤波功能，实现了14.35 GHz准单边带微波信号在长为25 km的光纤中传输，有效抑制了光纤色散导致的微波功率衰减问题。为进一步提高陷波滤波的灵活性，采用马赫曾德尔干涉(MZI)结构代替传统定向耦合器。通过改变干涉臂和环波导上加热电极的功率实现了微环耦合状态（过耦合、临界耦合、欠耦合）与谐振波长的灵活调谐，最大陷波深度为12 dB，波长调谐效率为8.2 pm/mW。

提出并研究了一种带隔热槽的马赫曾德尔干涉结构聚合物波导可调耦合器。仿真分析了热光电极作用下有、无隔热槽的耦合器波导温度分布，表明设置隔热槽可以降低热光调谐所需的功耗。研究了铝电极作用下不同上包层厚度对光传输损耗的影响，确定了上包层厚度。根据隔热槽与电极之间距离对热光调谐功耗的影响，结合隔热槽对导波光模式的影响及波导制备工艺，确定了隔热槽的位置。最终设计的带隔热槽聚合物波导可调耦合器实现1~0的分束比所需功耗为2.20 mW，是无隔热槽的47.4%。