针对二维光栅耦合器存在耦合效率低、偏振相关损耗大、结构复杂等问题，提出了一种应用于C波段的基于绝缘体上硅(SOI)材料的新型二维光栅耦合器，该耦合器由具有45°倾角的四孔交错菱形刻蚀晶胞单位周期排列组成，采用倾斜耦合方式对耦合器的周期、刻蚀深度、刻蚀圆孔的相对位置、刻蚀圆孔半径进行优化，并对其进行仿真验证。仿真结果表明：该耦合器在1 540 nm处耦合损耗低至-2.4 dB，C波段的偏振相关损耗低于0.2 dB, 1、3 dB工作带宽分别是36、58 nm。

为设计出高效率且低偏振耦合相关损耗的二维光栅耦合器(2D-GC)，提出一种基于绝缘体上硅(SOI)的类梅花型2D-GC。该2D-GC由多个单元周期排列而成，每个单元的图案呈类梅花型，该结构中的晶胞由2对圆形图案构成，并采用时域有限差分(FDTD)法对2D-GC结构参数进行数值仿真优化。仿真结果表明：在最佳优化参数结构时，所提2D-GC的有效工作波段为1.525~1.6μm，最佳耦合效率为56%，对应的耦合损耗为-2.4 dB，偏振相关损耗为0.18 dB。

为减少目前微波光子领域到达角（AOA）测量易受相位、噪声等影响，实现二维平面内大范围的AOA测量，提出并实验验证了一种基于微波光子去斜接收的二维AOA估计方案。该方案接收端利用L型天线阵加入固定延迟时间的方法，可以估计一维AOA，利用该一维AOA可求解出二维AOA（俯仰角和方位角）。实验结果表明：在天线间隔为5 m，输入线性调频连续信号的信噪比为10 dB或-7.8 dB的情况下，所提方案的一维AOA的估计结果具有大范围的特点，且在-79°~74°内估计误差均小于2°，同时，计算得到的俯仰角和方位角在较大范围内都具有较高的精度。

提出了一种基于相干接收机的相干光谱分析方案。采用相干接收机将待测信号与本振光进行同相和正交（IQ）混频和平衡探测，依据光外差原理计算出待测信号的功率，根据所计算出的功率与相应的本振频率之间的映射关系对待测信号的光谱进行重构。实验结果表明，当本振的扫描速率在80~200 nm/s范围时，分辨率优于12.5 MHz。所提出的光谱分析方案具备超高分辨率，可用于快速提取超密集波分复用系统精细的光谱结构。

设计了一种基于绝缘体上硅的具有大带宽调谐范围的紧凑型可重构光学滤波器，该滤波器由两级双微环谐振器辅助对称马赫-曾德尔干涉仪结构级联构成，器件的尺寸为60 μm×87 μm。通过控制微环谐振器的相位，可以实现对滤波器输出带宽和中心波长的调谐。采用时域有限差分方法模拟该器件的性能，仿真结果表明，该滤波器的带宽调谐范围为1.5~5 nm，在调节带宽的过程中滤波器的阻带抑制度大于20 dB，通带损耗为0.73 dB~0.88 dB，同时该滤波器的中心波长调谐范围可以覆盖整个自由光谱范围，并保持3 dB带宽和形状因子基本不变。

针对超奈奎斯特系统引入的码间干扰使载波相位估计难度增大的问题，提出了一种二阶电域导频辅助载波相位估计方案，将导频辅助相位噪声补偿模块与基于Viterbi的最大似然相位估计模块级联，牺牲约1.7% 的带宽开销，可以有效克服超奈奎斯特系统引入的码间干扰，对激光器线宽导致的相位噪声进行准确估计。在调制格式为16进制正交幅度调制的超奈奎斯特系统中，经仿真验证可知：该算法在加速因子不超过Mazo极限时可以有效跟踪相位噪声；在加速因子低至0.833、误码率为2×10^-2、光信噪比代价为1 dB的条件下，该算法能容忍的最大线宽乘积为5×10^-4；相较于一阶导频辅助载波相位恢复算法，该算法具有更大的线宽容忍度，所需的光信噪比也更小。

为了实现多通道的微波光子下变频, 提高变频链路性能, 提出一种使用单个集成调制器实现的微波光子下变频方案, 该方案利用偏振复用特性实现双通道下变频功能。仿真与实验结果表明: 当子调制器设置在最小传输点时, 可实现载波抑制双边带调制, 光载波抑制比达到29 dB；双通道分别独立地将射频信号下变频转换为中频信号, 杂散抑制比达30 dB左右, 2个通道的无杂散动态范围(SFDR)分别达到110.4 dB·Hz2/3、113.4 dB·Hz2/3。

为了提高微波光子链路在宽带传输的无杂散动态范围（SFDR），提出了一种单驱动双平行马赫-曾德尔调制器（SD-DPMZM）的宽带线性化方案。该方案通过使用一个180°混合耦合器和调整调制器的偏置点，在理论上完全消除三阶交调失真（IMD3）。输入双音信号进行仿真，实验结果表明该方案能完全消除IMD3，当以10 GHz和10.01 GHz为双音信号输入时，IMD3抑制达68 dB，SFDR比传统型提高14.5 dB。此外，信号从X波段变化到K波段时，SFDR可始终保持在114.3 dB·Hz^2/3以上。

分析了硅基十字缝隙波导(SCSW)偏振敏感的原因，计算了不同偏振态下SCSW 的有效折射率和单模工作条件，分析发现通过合理的设计单模SCSW 的结构，可以达到偏振不敏感。提出并模拟了基于SCSW 的具有偏振无关特性的微环形谐振腔。该谐振腔的半径为3.7 μm，偏振无关的工作区域大约64 nm，自由光谱范围大约35 nm。