基于传输矩阵法和耦合模理论，分析相移光纤光栅的传输函数以及透射谱特性，结果表明相移光纤光栅具有较好的积分特性，并且相移光纤光栅的积分阶数与所插入的相移点数成正比。基于相移光纤光栅一阶积分特性设计出一种光脉冲整形结构，该结构可将高斯型超短光脉冲整形成平顶脉冲或对称三角形光脉冲。通过进一步调整结构中的加权系数，该系统还可输出非对称三角形光脉冲。当输入的高斯型光脉冲的脉宽发生±10%的波动时，仍然可以得到效果较好的平顶脉冲和三角形光脉冲，故所设计的光脉冲整形系统具有较好的稳定性。

基于传输矩阵法对马赫-曾德尔干涉仪的输出特性进行分析, 结果表明, 当干涉臂臂长差为中心波长与有效折射率比值的整数倍时,马赫-曾德尔干涉仪具有微分特性, 且微分阶数与级联的干涉仪数目成正比。根据信号系统理论知识, 利用马赫-曾德尔干涉仪的微分特性, 设计出基于马赫-曾德尔干涉仪的超短光脉冲合成系统, 并通过调节输入高斯脉冲及其各阶微分的加权系数, 将输入的高斯脉冲分别合成为平顶脉冲、三角脉冲以及抛物线型脉冲。改变高斯脉冲各阶微分加权系数与输入脉冲宽度发现, 输出脉冲波形基本保持不变, 系统的稳定性良好。

为了设计能够传输宽带低色散慢光的光子晶体波导, 以三角晶格圆形介质柱光子晶体结构为基础, 使用圆形散射元和椭圆形散射元进行周期性排列, 采用平面波展开法对所设计的耦合腔波导进行了仿真分析。结果表明, 调整缺陷行椭圆形散射元长轴Ra可以使导模最大群速度从0.035c降低到0.01c, 调节缺陷行短轴Rb的值, 可以再次降低导模群速度;通过改变微腔周围第1排两种散射元的面积比, 能够得到最大群速度0.0065c, 波长范围为3.25nm的低色散慢光; 将所设计的耦合腔应用于光缓存中, 计算得出缓存时间为76.82ps, 存储容量达到了15.56bit。这项研究对新型光子晶体慢光器件的设计和应用具有参考意义。

为改善普通马赫曾德尔干涉仪(MZI)滤波器的输出性能，采用将双微环谐振器与马赫曾德尔干涉仪相结合，设计出一种新的滤波器结构。采用信号流程图理论分析得出该结构的传递函数，并对输出端口的透射谱进行数值模拟分析。仿真结果表明，与普通马赫曾德尔干涉仪滤波器相比，当选择合适的耦合系数，双微环谐振器辅助马赫曾德尔干涉仪滤波器的透射谱顶部平坦，形状类似于方形，自由光谱范围达到了19nm，锐度因子为1.16，消光比为54dB，品质因子为94.5，滤波性能得到较大改善。详细研究了耦合系数和微环半径对滤波器输出性能的影响。

基于耦合模理论和传输矩阵法，对相移光纤光栅的反射谱、相移特性进行了分析.结果表明，相移光纤光栅随着相移点个数的增加，反射谱透射窗口数目增多，相移发生多次跳变，从而形成对信号的微分效应，并且相移的微分阶数与所增加的相移点个数成正比.设计出基于相移光纤光栅微分特性的脉冲整形器，通过优化高斯信号各阶微分的加权系数，将高斯型输入脉冲整形成近似方形或三角形状的输出脉冲，通过调整光纤光栅第一段与第二段的长度比，使输出三角脉冲形状的失真现象得到改善.分析输入的高斯脉冲的脉宽发生±5%的波动时，输出波形依然可以获得很好的三角和平顶方形脉冲效果，从而证明了所设计的脉冲整形器的稳定性和实用性.

运用传输矩阵法对串联耦合微环谐振腔透射谱进行分析，得出微环谐振腔具有梳状滤波特性。当一个周期脉冲序列通过微环谐振腔时，微环谐振腔的透射梳状谱对脉冲序列的频率进行选择，使得输出脉冲序列的频率增加，经过傅里叶逆变换后的输出脉冲序列周期变小。结果表明，随着频率倍乘数的增加，环半径相同的双环谐振腔相较于单环谐振腔，其输出周期脉冲序列的幅值更统一，脉冲序列频率倍乘(PRRM)效果更好；而串联耦合环半径不同的双环谐振腔能够在减少微环弯曲损耗的同时扩展自由光谱范围(FSR)，从而实现较好效果的PRRM；优化微环谐振腔的耦合系数，其输出的脉冲序列包络呈三角形，实用性大大提高。

研究了二维三角晶格光子晶体环形腔和微腔的谐振规律和耦合特性，采用1 个环形腔搭配2 个微腔的结构形式，设计了一种新型高效的四通道解波分复用器，不仅实现了对波长分别为1471、1511、1551、1591 nm 光波的解波分复用，而且使器件尺寸明显减小。利用时域有限差分法详细分析了环形腔中心柱数量和半径对其透射谱的影响，结果表明：环形腔具有多模的特性，改变环形腔的中心柱半径可以调控其谐振波长，结合微腔的选频效应，最终使四通道解波分复用器各通道的透射率达到90%以上，通道隔离度大于20 dB。同时调节方法简单、耦合效率较高，在全光通信集成领域具有潜在的应用价值。

以三角晶格空气环光子晶体线波导结构为研究对象，分析了空气环散射元内半径R_in和外半径R_out对波导慢光特性的影响，结果表明R_in/R_out的值在0.15~0.35之间时，能够获得宽带慢光，而且邻近波导两侧首排空气环的外半径R_fout相对于其内半径R_fin对慢光特性的影响更大。当波导两侧首排散射元为空气孔时有利于慢光群速度的降低、为空气环时有利于获得更宽的带宽。当波导两侧首排散射元由空气孔和空气环交替排布构成新型非对称线缺陷波导结构，同时具有了两类散射元的优点，它的群速度与带宽特性优于对称型波导，实现了群速度为0.0086 c、波长范围为6.588 nm 的低色散慢光。

在单线缺陷结构中引入两个附加的相邻介质柱, 构成一种新型的光子晶体耦合腔波导结构.通过平面波展开法对波导结构的的慢光特性进行了仿真分析, 研究了平移线缺陷上下两侧介质柱, 以及改变腔体的长度对器件色散特性和群速度的影响.结果表明：与平移缺陷上下两侧介质柱相比, 通过改变腔体的长度, 不仅可将光群速度低到0.03c(c为真空下的光速), 而且器件的有效波长范围接近20 nm.利用时域有限差分法得到波导结构的传输场分布图, 研究波长的选取对入射激励光在光子晶体耦合腔波导中传输场的影响, 发现结构参量优化后的光子晶体耦合腔波导仍然具有良好的传输特性.

基于信号频谱变换的原理，利用微环谐振器的梳状谱传输特性，辅助以窄带滤波器，将全光归零(RZ)码信号的频谱包络转变为较理想的非归零(NRZ)码信号的频谱包络，从而实现RZ 码到NRZ 码的码型转换。详细研究了转换后的NRZ 信号眼图质量与设备因素，如窄带滤波器的选择、微环谐振器的耦合条件以及输入信号RZ 码占空比的关系。结果表明窄带滤波器为2 阶巴特沃斯滤波器时，微环谐振器的耦合条件以及RZ 码占空比对码型转换效果的影响较小。另外，通过调整微环谐振器的尺寸，设计的码型转换器能与不同速率的系统相兼容，能更好地适应未来光网络的发展。