设计了一种基于二维光子晶体波导旁侧Fano微腔的全光二极管结构, 实现光的单向传输。其关键技术是在光子晶体波导中采用简单反射层打破Fano微腔结构上的空间对称性, 使得反射层两侧波导与微腔耦合效率不对称。两侧波导入射光激发微腔非线性克尔材料所需的光强阈值不同, 从而实现单向导通功能。通过有限时域差分(FDTD)方法对其传输特性和性能进行了数值仿真和分析, 研究发现：该结构在较低的光强阈值下可以实现正向导通、反向截止的全光二极管效果; 该结构具有超快的响应时间, 达到皮秒量级; 该结构具有较高的最大透射率(达到90%)和较高的正反透射比。基于光子晶体结构的设计使得该器件可以具有很好的工作波长可调特性, 并易于在目前半导体工艺基础上进行制作以及与其他器件集成。

为了实现全光二极管的功能设计, 采用1维光子晶体非线性微腔, 在1维光子晶体两端设置不同厚度的金属薄膜, 并运用非线性传输矩阵方法研究了该结构的传输属性。结果表明, 两个非对称光学Tamm态和非线性微腔的耦合结构呈现双稳态, 且滞回线的位置与入射方向有关, 具有全光二极管功能; 光二极管的性能依赖于微腔厚度和两个金属薄膜的厚度比。该设计为全光二极管的性能优化提供了参考。

利用传输矩阵法研究了Thue-Morse序列准周期光子晶体的传播特性。线性结构的共振谱具有自相似的分形结构，共振模在晶体中的电场分布也具有类似的自相似结构。对于具有Kerr非线性的奇数阶Thue-Morse序列结构，由于其内部电场分布的不对称性，可以导致正反向入射时不同的双稳态现象。通过额外的抽运光激励，可以实现某光强的光单向透射，使得结构真正体现全光二极管的功能。

基于F-P腔理论研究了不对称非线性缺陷光子晶体的光学二极管效应。 要有效提高光学二极管的正反向透射比, 同时又要保证正向透射率不太低,应增大入射光频率的预置量,适当提高缺陷两侧结构的不对称性,并使入射光强在相应 变化范围内靠近低值。数值模拟结果支持了该理论的分析。

为了评价光学组合半导体激光器的输出光束性能，采用两种方法从理论上分析了光学组合半导体激光器的输出光束的光束传播因子。第1种方法与传统堆栈式半导体激光器的光束质量评价方法类似，通过几何光学得到光束束宽；第2种方法采用管芯光强分布的类高斯模型计算输出光束的二阶矩进而得到光束束宽，最后均得到输出光束的光束传播因子与激光条单元数及激光条包含管芯数的关系。进行了3个激光条组成的光学组合半导体激光器的实验，获得输出功率120W，功率密度209W／cm²，光束平均间距1．1mm，整体光束传播因子M²=197。对比了两种方法及实验结果。结果表明，这两种方法可以用来估算光学组合半导体激光器的输出光束质量。