结合有机聚合物材料和无机SiO2材料, 设计一种1×2多模干涉—马赫曾德尔干涉仪热光开关, 优化器件参数, 并对其性能进行模拟.利用化学气相沉积、光刻等工艺制备热光开关, 并对其波导形貌进行表征.为了测试器件性能, 采用ARM7处理器和InGaAs光电探测器, 设计并研制了一种光开关性能测试系统.该系统主要由低纹波线性供电电源、光电探测器、前置放大器、主放大器、信号调理器、模数转换器、主控制器、显示器等构成.采用商用光功率计对该测试系统进行标定, 其零点漂移小于0.5 dBm.在光开关电极上施加不同的直流驱动电压, 作为对比, 利用自主研制的光功率计和商用光功率计分别测试光开关某端口的输出光功率.实验结果表明, 两种情况下测得曲线的变化趋势一致, 均在驱动电压为10 V时, 输出光功率达到最小值.该测试系统具有良好的性能, 可满足实际测试需要.

设计了一种高线性度、无偏置聚合物Y型耦合器电光调制器，它由Y型分束器、Y型合束器、两节推挽极化电光耦合波导构成的电光区和一个微带行波电极构成，给出了器件结构并对其参数做了优化。通过对施加的电学调制信号做傅里叶变换并结合器件的传递函数，给出了一种新型数值方法来建模和表征器件的静态和动态特性，推导并得到了器件的状态函数、静态响应、调制响应、三阶内调响应等表达式。计算和分析结果显示，器件的半波电压为2.69 V；3 dB调制带宽约为143 GHz；当调制系数为1%~10%时，基频信号对器件所产生三阶内调噪声的抑制比为60 dB~90 dB。所给出的理论和相关公式也可用于具有Y型耦合器结构的类似电光器件（如电光开关）的设计、建模和分析。

利用亥姆霍兹方程和有限差分法，给出一种用于分析聚合物SU8填充的双狭缝波导定向耦合特性的数值方法，推导出双耦合狭缝波导模式特性的特征方程，并做了离散化和稀疏化处理，得到耦合波导的模式场分布和有效折射率.通过求解最高阶偶对称和最高阶奇对称模式的有效折射率，得到TE和TM偏振态下定向耦合器的耦合长度.数值分析结果表明，当耦合间距小于800 nm时，耦合长度小于100 μm.利用椭偏仪测得狭缝波导各层材料的光学参数随工作波长的色散关系，研究分析了双狭缝波导耦合长度和模式损耗的色散特性.分析显示，随着工作波长的增大，两种偏振模式下的耦合长度均减小，且TM模式下的耦合长度大于TE模式下的耦合长度，当工作波长为1 550 nm时，二者分别为28.2和26.2 μm（两狭缝波导间的耦合间距为0.5 μm时）.同时，模式损耗也随波长的增大而减小，且TE模式损耗大于TM模式损耗，当工作波长为1 550 nm时，TE及TM模式的振幅衰减系数分别为5.65和3.16 dB/cm.

利用两组串联五环谐振器以及它们与两信道波导的交叉耦合作用,优化设计并模拟了一种超低串扰2×2新型聚合物电光开关.为了表征器件的输出光功率特性,给出了器件结构、分析理论和相关公式.为了在下行端口（drop端口）得到箱型光谱响应以及极低的串扰和插入损耗,优化了微环谐振级数和耦合间距.对器件输出光功率和输出光谱的模拟分析结果显示,器件交叉和直通态间的切换电压为4 V,交叉和直通态下两端口间的串扰分别为－66 dB和－54.7 dB,插入损耗分别为2.34 dB和 0.24 dB.在1 GHz方波信号作用下,器件drop端口的上升和下降时间分别为15 ps和90 ps.由于聚合物微环的弯曲半径仅为19.45 μm,因此该器件具有超紧凑的尺寸,其长度和宽度仅为0.407 mm,约为马赫-曾德尔干涉仪或者定向耦合器等一般结构聚合物电光开关长度的1/10.依赖于小的封装尺寸和极低的串扰,该器件可以高密度地集成在光电子芯片上,在光片上网络中光信号的控制方面具有潜在的应用.

构建了一种五端口聚合物光路由器，由于四种不同半径的交叉耦合双环谐振器的谐振作用，该器件可完成二维平面内对四个信道波长的定点路由功能。由于聚合物材料和左右覆层材料具有较大的折射率差，四种微环的半径可小至14 μm，波导模式振幅弯曲损耗小于10-4 dB/cm。当不同信道波长沿不同端口输入时，得到了波长与路由链路的关系。计算结果表明，各信道波长沿各路由链路的插入损耗为0.03~0.62 dB，各路由链路on端口和其他off端口的最大串扰小于-39 dB，器件的尺寸约为626 μm×495 μm。与已报道的硅光路由器相比，该聚合物器件具有相似的微环半径和封装尺寸，且由于零静态功耗、低串扰、低损耗和处理工艺简单、价格低廉等优势，该器件在光片上网络中具有潜在的应用价值。

采用两个对称相位发生器(PGC)同时取代两个传统3 dB耦合器，设计了一种新型宽光谱马赫曾德尔干涉仪(MZI)电光开关。利用给出的多元非线性最小均方优化算法，对PGC结构参数做了优化，补偿了由波长漂移造成的MZI电光区的模式相移漂移。在1550 nm中心波长下，所设计器件的电光区长度为5 mm，on和off状态下的驱动电压分别为0和±0.925 V。优化后器件的输出光谱可达250 nm (1430~1680 nm)，且在此光谱范围内，on状态的插入损耗小于5.91 dB，on和off状态间的消光比大于30 dB。在同等消光比水平要求下，该输出光谱范围约为传统MZI电光开关光谱范围(约为50 nm)的5倍，并近似为已报道的基于单个PGC非对称MZI电光开关光谱范围(约为85 nm)的3倍。所给出的宽光谱器件在光波分复用系统中任意波长信道的切换与路由方面具有较好的应用价值。

为了实现井下多通道瓦斯浓度的数据采集、处理、通信和测试，设计了一种以单片机器件为核心的光纤型SPR传感网络。围绕单片机器件，该网络同时结合了光开关器件、串口器件。为了实现多路通信，同时考虑到机械光开关具有较低的损耗与较高的扩展性，文中采用32路机械光开关；控制光开关实现32路循环检测的是89C52单片机，此单片机具有大容量，高速率的特点；另外，设计中编写了系统运行时的总程序，并通过Labview软件进行了瓦斯浓度报警仿真实验。

针对激光光幕坐标靶测试中控制器I/O 口不足的问题，提出现场可编程门阵列(FPGA)和单片机相结合实现高速密集多路光电信号的并行采集与控制。采用FPGA作为光电开关信号数据的采集和存储装置，单片机控制FPGA的工作，并处理、显示数据。对7.62 mm弹丸的过靶坐标进行了测试实验，结果证明，基于FPGA和单片机的高速密集多路光电信号并行采集与控制系统解决了传统激光光幕测坐标靶的处理器I/O 口紧缺、处理速度慢等缺点。系统具有响应速度快、灵敏度高、可拼接的优点。

通过对光电转换电路的前置放大及主放大电路设计的详细分析研究，给出了电路放大、滤波、降噪等优化处理方法，实现了将有用信号从噪声中分离并输出的目的.对光电转换电路从原理设计到最终制板过程中影响其性能参数及稳定性的因素进行了深入的探讨，提出了对电路器件选择、排列、布线以及降噪等方法的选择标准和依据.