为解决传统光纤折射率传感器灵敏度较低的问题,提出一种基于游标效应增强的拉锥光纤耦合器折射率传感器。利用拉锥光纤耦合器的双折射效应,在耦合器中形成x偏振态和y偏振态两路模式(奇模与偶模)干涉,两路略有差别的干涉通过叠加,形成游标效应。通过理论分析和数值计算,发现当拉锥耦合器的宽度为1.6~3.2 μm时,奇模与偶模的群双折射系数差值会出现零点,折射率传感器的灵敏度会得到显著增强。在理论分析和数值仿真的基础上,实验研究了宽度为1.6 μm的光纤耦合器的折射率传感性能,并在折射率1.333附近获得了30020.0 nm/RIU和-34402.5 nm/RIU的超高灵敏度。该传感器制作简单、结构紧凑且成本较低,在高灵敏度生物医学检测和分析化学领域具有重要应用前景。

高深宽比微结构的底部及侧壁形貌重构是微机电系统领域亟待解决的一个问题。本文提出光程补偿近红外光透射反射干涉技术重构微结构内部形貌的方法, 所采用的近红外光干涉技术将白光干涉系统中的光源扩展至近红外光源, 将反射干涉技术扩展至透射反射干涉技术, 近红外光干涉测量系统由近红外光光源、干涉显微镜、红外光CCD、高精度压电陶瓷和数据采集系统组成。设计了具有两个台阶的GaAs半导体微结构待测样品, 采用近红外光垂直扫描干涉法并通过光程补偿, 重构了微结构的内部三维形貌, 并与扫描电镜结果进行对比。光程补偿近红外光透射反射干涉技术测量的台阶相对高度分别为2132 μm和0766 μm, 与扫描电镜和近红外光反射干涉测量结果基本一致, 分别对应216%和268%的相对误差。测量结果表明, 该测量系统能够测量高深宽比微结构底部及侧壁形貌。

提出和实现了一种新型适用于光/无线混合接入的光子载微波产生方案.该方案利用直接调制分布反馈式半导体激光器可以产生宽谱信号的特点, 将较低频率正弦信号直接调制半导体激光器, 在半导体激光器中进行频谱展宽, 然后把宽谱信号注入到多个半导体激光器中进行相位锁定从而作为相干锁定光源.用上述光源在不同波长加载不同信号进行传输, 在接收端使用不同通带特性的光学滤波器对信号进行处理, 可以选择接收基带信号、光子微波时钟信号、上行光源或不同载波频率的光子微波调制信号.作为验证, 分别完成了2.5Gbps基带信号、20GHz和40GHz光副载波调制信号的产生与接收.因为受限于试验条件, 只进行了原理验证, 但该系统理论上可集成波导设计, 无需高频调制器件, 并可生成更高载频光子微波信号, 有利于未来的光/无线混合接入和超密集波分复用系统.

易于集成、高消光比是目前全光开关的研究目标。采用硅基串联双微环谐振腔的方案，双环半径均为10 μm，理论分析认为串联双微环谐振腔可以有效改善光开关的消光比，并在此基础上进一步研究了基于硅基串联双微环谐振腔热非线性效应全光开关的基本特性。实验中，通过易耦合的离面耦合方法，利用面内单光注入技术，得到串联双微环谐振腔同谐振波长处最大陷波深度为27 dB，并通过调节注入光功率，实验得到基于热非线性效应的最大开关消光比为20.2 dB，热非线性红移变化量为136.4 pm/mW；采用面内双光注入技术，测得开关时间分别为2.84 μs和3.04 μs，并与面内单光注入测试结果进行了对比分析。实验测试结果与理论分析相符，为高集成化、高性能光路由和光调制器提供可行的方案。

提出了一种基于注入锁定分布反馈式(DFB)激光器的双波长差频微波/毫米波信号产生方案。方案利用正弦波光信号通过半导体光放大器(SOA)进行非线性展宽，产生高阶分量，然后注入到两个DFB激光器后进行锁定放大，产生频率连续可调的倍频信号。在实验中，注入的正弦波光信号频率为1.25 GHz，得到20~40 GHz频率范围内1.25 GHz的任意自然数倍的连续可调微波信号，其最高倍频数为32。

提出了一种基于三波长注入法布里珀罗型激光二极管(FP-LD)产生超宽带(UWB)信号的方案。在FP-LD不同激射模式中注入一路信号光和两路直流探测光，实现多波长变换并得到两路反码输出和一路正码输出；再通过光纤进行色散走离，使不同波长信号之间产生时延，形成UWB脉冲，最后经过光电转换产生UWB信号。对所提出的UWB信号产生方案的原理进行分析，并对UWB信号的波形以及频谱特性进行了实验研究。在此基础上，进行了1.25 Gb/s非归零码(NRZ)信号注入FP-LD产生差分编码UWB信号的实验。实验产生的UWB脉冲信号半峰全宽最小为83.3 ps，10 dB谱宽约为4.6 GHz，其频宽比为107%。

提出了一种新型的基于非线性光纤环镜(NOLM)的可重构全光逻辑门实现方案。传统的基于NOLM的全光逻辑利用自相位调制效应或交叉相位调制效应，透射传输函数重构的自由度低，可实现的逻辑门种类较少。该方案在传统的结构基础上，分析了NOLM中探测光的偏振态的演化，以及输入光偏振态和环内偏振控制器对NOLM的传输特性的影响。理论分析和数值仿真结果表明在考虑NOLM中的非线性偏振旋转效应的情况下，可以更加自由地构建不同透射传输函数，从而利用单一NOLM结构，仅通过调节偏振控制器，即能够可重构地实现绝大部分基础组合逻辑。实验中，完成了两路40 Gb/s的数据信号之间的“非”、“与”、“或”、“或非”、“同或”、“异或”等各种基础组合逻辑，验证了方案的可行性。

提出了一种将低速基带信号直调产生的宽谱信号，注入至用于上变频的分布反馈式半导体激光器(DFB-LD)，利用调制信号光谱中的高阶分量对从激光器进行相位锁定，从而产生光学上变频信号的方法。对直调信号注入锁定DFB-LD产生光学上变频信号的机理进行了理论分析，完成了2.5 Gb/s伪随机码基带信号通过直调并注入从激光器，分别产生了30，35，40 GHz副载波频率的全光上变频信号的实验，并在时域和频域上，对上变频信号的特征进行了研究。该方案结构简单，无需高速外调制器及高频本振，具有集成潜力，理论上可产生更高载频(如60 GHz)，对目前的光无线混合接入提供了一种可行的解决方案。

低成本、低功耗和可集成是目前波长变换技术所追求的目标。提出一种基于法布里珀罗型激光二极管(FP-LD)中模式竞争机理的全光波长变换方案。通过在FP-LD不同模式中注入恒值探测光和信号光产生双模式竞争，从而实现波长变换。对波长变换产生的原理进行了分析，并对波长变换后信号的信噪比、消光比以及啁啾特性进行了实验研究。进行了10 Gb/s非归零（NRZ）信号在不同波长上的波长变换及其20 km传输实验。误码率测试数据结果表明波长变换后的功率代价小于1 dB，各个波长信号传输20 km后的功率代价均小于1 dB。

提出了一种新型的40 Gb/s全光串并转换(AOSPC)的实现方案，该系统主要由波分/时分脉冲光源的产生与顺序多波长变换两个部分构成。实现了信道波长数目和重复频率可调的波时分脉冲光源；分析了基于单个半导体光放大器(SOA)中的交叉相位调制效应(XPM）实现顺序多波长变换的原理，并在此基础上采用顺序多波长变换技术实现了将40 Gb/s的串行输入光信号转换为8路5 Gb/s的并行输出信号。该技术可将高速率的光信号转换成为多路低速率信号，进而可以使用现有的电子器件对信号进行处理，为下一步的光分组交换中的报头处理技术和光随机存取存储器(RAM)的研究提供了一种可行的思路。