近年来，水下无线光通信(UWOC)技术因其高速数据传输能力而成为了研究热点，但水波的吸收和散射等因素使得UWOC信道变得十分复杂。对复杂的信道做出准确的信道估计(CE)和信号检测(SD)是目前高速UWOC面临的主要问题之一。针对这一问题，提出了一种在光正交频分复用系统中利用深度学习以端对端的方式对UWOC信道进行估计并直接检测的方案。首先根据在不同水域类型的UWOC信道下模拟生成的数据离线训练深度神经网络(DNN)，然后使用DNN直接对信号进行补偿，该方案可以隐式地估计出信道状态信息并直接恢复传输数据。仿真结果表明，提出的信道估计和信号检测方案在复杂的UWOC信道环境中具有优越的性能，特别是在导频数量较少以及去除循环前缀时，深度学习方案比传统方案鲁棒性更好。

基于简化的光纤激光器模型,采用分步傅里叶方法,数值研究亮暗孤子对在光纤激光器中的传输特性。研究结果表明,在光纤激光器中,亮暗孤子对是否稳定存在与群速度色散有关,亮暗孤子对在零色散区可以保持波形不变的稳定传输。同时亮暗孤子对受光纤激光器的小信号增益系数、饱和能量、初始脉宽、偏振角度等因素的影响。小信号增益系数越大,饱和能量越大,则亮暗孤子对的峰值强度越大,脉宽越窄。当峰值强度增加到一定程度,亮暗孤子对发生分裂。偏振控制器可以控制亮暗孤子对的输出。本研究结果可为光纤激光器中亮暗孤子对信号源的产生研究提供一定的理论依据。

基于光脉冲在掺杂光纤中的传输模型，采用分步傅里叶方法对Peregrine孤子在掺杂光纤中的产生和传输进行数值研究。基于Peregrine孤子解，讨论Peregrine孤子在掺杂光纤中的产生和传输；提取Peregrine孤子的峰值脉冲，消去背景波，研究高峰值脉冲的传输特性。结果表明，Peregrine孤子在掺杂光纤中传输时，会激发产生一个在时间和空间上都局域化的高峰值单脉冲，随后迅速分裂产生多个子脉冲；小信号增益越大，饱和能量越高，脉冲峰值强度越强，脉宽越小，激发产生的子脉冲空间间隔也不断减小；消去高峰值脉冲的背景波后，脉冲在掺杂光纤中可以稳定传输，脉宽呈呼吸式周期变化，脉冲强度呈周期性振荡，且脉冲强度的平均值不断增加。

针对电磁超声测温需求, 利用串联的功率MOSFET为开关器件, 设计一种同步驱动MOSFET的新型高速高压脉冲激励电源。该电源通过现场可编程门阵列(FPGA)产生脉冲触发信号, 经专用驱动电路驱动功率MOSFET实现幅值0~1.5 kV、脉冲频率10 Hz~1.5 kHz、脉冲宽度3~30 μs及脉冲个数在1~100的内高压的精确控制。实验数据表明, 该电源系统设计合理, 上升时间达到纳秒级, 基本能满足电磁超声应用要求。

基于光子晶体光学塔姆态的耦合分析，提出了一种含金属插层的折射率传感结构。对该光子晶体结构中光学塔姆态的形成机理进行了分析，并调整金属插层的厚度来实现两个光学塔姆态的耦合。建立缺陷峰波长与待测溶液折射率的关系模型，并分析其折射率传感特性。通过对光子晶体周期数和入射角度的讨论，可以得到，增加光子晶体周期数(或入射光的入射角度)可减小缺陷峰的半峰全宽(FWHM)，从而提高传感器的灵敏度和折射率的分辨率。以乙二醇为待测样本，可得该传感器的灵敏度为445.45 nm/RIU(折射率单元)，品质因数(Q 值)可达1259.45。该传感器结构具有制备工艺简单和结构紧凑等优点，可为高Q 值和高灵敏度折射率传感器的设计提供一定的理论参考。

基于紧束缚理论,分析了一维多镜像光子晶体中多缺陷模的产生及缺陷模式分裂的机理,建立了缺陷模频率与缺陷层相对位置的关系模型.采用传输矩阵理论研究了双镜像光子晶体的光学传输特性,并讨论了光子晶体周期层数、入射角度、介质层厚度等及介质的相对折射率差等参数对光子晶体缺陷模特性的影响.模拟结果表明,调整光子晶体参数和缺陷层的相对位置可有效调控光子晶体的缺陷模特性,可为光子晶体多通道滤波器等光学器件的设计和应用提供一定的理论参考.

基于倏逝波理论和光学谐振原理，研究了倏逝波在光子晶体中的存在形式及空气栅光子晶体F-P 腔的折射率传感机理，并建立谐振波长与待测气体折射率的关系模型。当入射光以大于全反射临界角的角度入射到光子晶体中，由于倏逝波的作用，在中心介质层形成F-P 腔并产生谐振，电磁场被局部增强，与待测气体充分作用，从而使该传感结构对待测气体的折射率具有较高的敏感性。利用传输矩阵理论进行数值模拟，结果表明，折射率传感的Q值可达3447.0，灵敏度可达1260.0 nm/RIU，证明该光子晶体F-P 腔折射率传感结构具有很好的传感特性，可为高精度气体折射率传感器的设计与应用提供一定的理论参考。

为了降低外界环境温度变化对单缺陷光子晶体折射率传感的干扰，提出了一种双缺陷空气栅光子晶体的传感模型。通过紧束缚法分析光子晶体双缺陷模的产生机理，并结合传输矩阵理论分析该光子晶体结构的光学传输特性。针对折射率和温度的交叉敏感问题，提出了一种消除温度干扰的方法，并建立两缺陷模波长与光子晶体结构参数之间的关系模型。利用该空气栅光子晶体，通过观测双缺陷峰波长的漂移，即可实现待测气体样本参数的动态监测。通过数值模拟可以发现，两缺陷模的波长均与待测气体的折射率呈线性关系，该传感具有结构简单和精度高等优点。

基于光子晶体的局域特性，提出一维镜像空气栅光子晶体结构。引入镜像结构在光子晶体中间形成缺陷腔，从而在透射谱禁带中得到谐振透射峰。基于传输矩阵法，建立谐振波长与光子晶体结构参数之间的关系模型。通过观测谐振透射峰值波长的漂移，利用矩形空气栅光子晶体结构即可实现待测气体样本参数的动态监测。以甲醛为待测样本，对该折射率传感器的Q值和灵敏度进行分析。结果表明，其Q值可达1739.48，其灵敏度可达816.67 nm·RIU-1(RIU表示单位折射率)，证明了结构设计的有效性。该结构可为空气污染监测和气体组分分析等方面提供一定的理论参考。

为了提高迈克尔逊干涉系统的抗干扰能力, 取代传统的动镜扫描结构, 设计了基于电光调制晶体折射率实现光程扫描的干涉系统。 通过加载在可变折射率晶体上的调制电信号, 使晶体折射率产生周期性变化, 从而在原有系统光路中调制折射率改变光程差。 通过理论计算获得了电光调制过程中系统可以产生的最大光程差, 并仿真分析了晶体厚度及晶体衍射效率对调制过程的影响。 经仿真分析可知, 随着调制电压范围的增大, 可获得的光程变化范围也增大, 从而系统光谱分辨能力也相应增大。 同时, 在调制过程中设置调制范围使衍射损失的能量小于总能量的10%, 从而保证较好信噪比。 实验结果显示, 随着调制电压的变化, 干涉条纹产生周期性移动, 但超过一定范围时会产生非线性误差。 通过修正算法后系统光谱分辨率可达7.2 cm-1。 在无抗震实验平台的条件下, 传统干涉系统的相对误差超过20%, 而本系统的相对误差低于3%, 证明了系统采用静态电光调制后抗干扰能力显著增强。