利用重复频率为1 kHz，中心波长为800 nm，脉冲宽度为120 fs的飞秒激光在掺Yb3+磷酸盐玻璃中刻写光波导，测试了不同参数下刻写的波导的导光模式，研究了写入速度和写入脉冲能量对模场直径、波导折射率的影响，给出了波导形成的写入窗口范围，对比测试了激光作用区域和未作用区域的荧光光谱特性。实验结果表明，在采用20×显微物镜，写入速度为20 μm/s，写入脉冲能量为1.8 μJ时，所得到的光波导在976 nm波段模场直径为20 μm，波导区域折射率改变为2.7×10-4，飞秒激光作用区域的荧光光谱与基质的荧光光谱几乎完全重合，荧光特性在飞秒激光作用后保持良好。利用双色镜和2% 的输出耦合镜构成了法布里珀罗(F-P)腔掺Yb3+波导激光器，获得了波长为1031 nm的连续激光输出，激光功率为2.9 mW。

飞秒激光光刻是一种灵活的三维光子器件制作方法。由于铽镓石榴石具有法拉第效应，具有广泛的应用，利用中心波长为800 nm，重复频率为1 kHz的飞秒激光，在磁致旋光晶体铽镓石榴石中刻写了双线型和压低圆包层两种光波导，重构了激光诱导折射率改变的分布和测试了光波导的传输损耗。双线型波导具有偏振依赖的导光特性，圆包层波导则不存在偏振依赖的导光特性。对于双线型波导，横电(TE)模和横磁(TM)模相位完全失配，在外加磁场下，导模的偏振面不会发生旋转，光刻的圆包层波导的导模的偏振面能够发生磁致旋转。铽镓石榴石中的双线型和圆包层波导可以作为波导偏振器和磁旋光器件，在集成光学上有潜在的应用价值。

为了得到均匀分布的硅表面微结构，提出了一种利用多束激光干涉光刻的方法来实现对硅表面微结构分布特征的控制.利用空间光调制器实现飞秒激光多光束干涉，形成分布均匀、周期可控的空间点阵，利用聚焦的空间点阵在单晶硅表面烧蚀得到规则分布的凹坑状结构，并通过改变附加给空间光调制器的相位实现对微结构分布特征及间距的控制.用扫描电子显微镜和分光光度计分别对结构的形貌特征和光学特性进行了测量，结果表明：采用底角为2°的四棱锥镜相位形成四光束干涉，通过10×物镜聚焦，在激光功率25 mW、曝光时间30 s时，可以形成间距约为3.3 μm的密排凹坑微结构,所形成的凹坑结构具有良好的减反效果，在1.2~2 μm近红外波段的透过率相对抛光硅平均提高了11.5%.

飞秒激光诱导折射率变化提供了一种灵活的三维光子器件制作方法。具有法拉第效应的磁旋光玻璃在集成光学中有广泛的应用前景。研究了1 kHz重复频率的飞秒激光在磁旋光玻璃中刻写光波导的特征，测试了不同刻写参数下波导的导光模式，研究了写入速度和写入功率对波导折射率、模场直径的影响，给出了波导形成的写入窗口范围。实验结果表明，在采用10×显微物镜，写入速度40 μm /s，写入功率3 mW时，获得了980 nm激光处模场直径为10 μm，损耗为1.53 dB/cm的波导，有利于实现波导和单模光纤之间的模式耦合，且波导区域费尔德系数只有轻微减小（约2.8％）。

飞秒激光诱导折射率变化提供了一种灵活的三维光子器件制作手段.飞秒激光光刻的II类波导具有偏振导光特性，可以作为波导偏振器，但是对于要保留的偏振分量损耗太大.本文阐述了一种利用飞秒激光在熔融石英中制作的新型低损耗波导偏振器.它由中间的一根I类波导及两侧的两根II类纳米光栅轨迹构成.基于飞秒激光诱导的纳米光栅的偏振依赖散射特性，II类纳米光栅轨迹能够对I类波导的倏逝场进行调制.偏振方向垂直于纳米光栅的模式相对于偏振方向平行于纳米光栅的模式有更大的散射损耗，因此导通的是偏振方向平行于纳米光栅的模式.研究了消光比随I类波导与II类纳米光栅轨迹之间的间距的变化关系，选择一个最佳间距来进一步研究消光比随II类纳米光栅轨迹长度的变化关系.在间距6 μm，II类纳米光栅轨迹扫描长度6 mm处实现了最大15.91 dB的消光比.通过增加II类轨迹的长度或者数量，很容易得到更高的消光比.

通过实验对向列相液晶中的非局域空间光孤子的传输进行了研究。理论上基于非线性的液晶孤子传输方程, 采用高斯形式的试探解, 得到了孤子传输的解析解, 以及对液晶中的非局域孤子和Snyder等提出的强非局域孤子模型的结果进行了比较。实验上, 观察了空间光孤子在向列相液晶中的传输, 找到了不同束宽下空间光孤子的临界功率。比如束宽为2 μm时临界功率为2.0 mW。观察了向列相液晶中空间光孤子的弛豫过程, 并注意到液晶分子的响应时间长达几秒钟, 液晶中的孤子形成速度较慢。