建立了一种以面心立方三维光子晶体为基础的有限元预测模型，研究了纳米粒子折射率、溶剂折射率、粒子直径、粒子间距等参数对反射光谱的影响。根据预测结果制备了优化尺寸的Fe₃O₄@SiO₂纳米粒子电调谐器件。结果表明，有限元模型预测的反射光谱中心波长在680 nm至455 nm范围内移动，与制备器件的测试光谱匹配性良好。与解析预测模型相比，建立的三维有限元预测模型得到的反射光谱中心波长的预测结果准确性更高。对于非核壳结构，两种模型的预测误差范围分别为0.49%~1.70%、0.82%~1.49%，表现相当；对于核壳结构，两种模型的预测误差范围分别为3.51%~6.11%、0.28%~1.34%。本文建立的三维有限元模型将预测误差典型值降低为原来的1/5.9。所提模型可用于准确预测胶体体系下自组装光子晶体反射光谱的动态调谐能力，弥补了解析预测模型在核壳结构光子晶体预测准确性方面的不足，可指导粒子材料参数和结构参数设计，以及可调谐范围的优化区间筛选。对反射光谱幅值和谱宽预测准确性的提升需进一步考虑短程有序结构等随机微扰特性的影响。

当光纤布喇格光栅(FBG)复用过多或带宽有限时会存在波长串扰问题，信号解调方法的性能会影响结果的精确性。提出一种基于元启发算法的中心波长解调方法，采用实际光谱与理论光谱差异的最小二乘函数作为优化目标，利用具有优异挖掘能力和探索能力的海洋捕食者算法进行求解。数值仿真结果和实验验证表明：所提算法是一种有效的、可行的波长解调方法，在实现对多光谱重叠识别的同时又可以保证解调精度。

通过分析光纤布拉格光栅(FBG)光谱响应和指数衰荡的动态变化,探究内置FBG光纤环形衰荡腔的温度传感系统性能。建立FBG环形衰荡腔的理论模型,研究FBG透射谱中心波长与指数衰荡时间随温度的变化及其动态的演变过程,搭建1551.13 nm脉冲激光的FBG环形衰荡腔温度传感系统对其进行了实验验证,数值模拟结果与实验结果相吻合。实验结果表明,所提系统在低温环境-40 ℃下有良好的重复性、稳定性,测量分辨率高达0.05 ℃,温度灵敏度为0.02501/(μs?℃),FBG中心波长的灵敏度为0.00248/(μs·pm)。

为了快速而准确地获得应变信息, 针对基于法布里-珀罗(F-P)滤波器的光纤传感应用系统, 研究和对比分析了几种光纤布喇格光栅(FBG)光谱信号的中心波长变动计算方法。根据FBG反射光谱的功率分布波形对称特性, 提出一种优化查找中心波长值的算法, 利用相邻2次采样的光谱波形峰值的两侧数据, 依据最小二乘法原理进行优化计算获得中心波长的替代值。实验结果表明, 以此计算FBG光谱中心波长值变动量不大于1个采样点。

为了解决光纤布拉格光栅制作中波长控制的问题，提高已有方案的精度，提出了一种基于相位掩模法刻写布拉格光栅过程中拉力调节和紫外光补偿的光栅刻写波长两步控制法。在光纤两端悬挂砝码调节其所受拉力，使刻写光栅的中心波长略小于目标波长。使用功率均匀的紫外光对光栅整体进行照射，补偿光栅中心波长到目标波长的差距。该方案控制下，光栅中心波长控制误差在±5 pm以内，且对原平台改造小，不会破坏刻栅平台稳定性。实验证明1 cm长的切趾布拉格光栅反射率可达到30 dB以上。相比已有的应力控制方法，该方法具有控制精度高、平台改动小、系统稳定性好的优点。

运用传输矩阵法对含富勒烯的光子晶体全方向反射器的全向反射带进行分析, 分析了该全向反射器的带边位置, 带宽的变化规律。结果表明, TE模和TM模的全向反射带位置和宽度基本不受周期N的影响。随中心波长的增加, TE模和TM模的全向带带边向长波方向移动, 带宽也会加大。折射率比变大, 左带边左移, 右带边右移, 带宽也会变宽。研究结果将对新型光子晶体器件, 如高质量窄带全方向反射器的设计起到积极指导作用。

电光调制器作为光通信系统中最重要的器件之一, 其性能决定了光通信系统的传输性能, 而电光调制器的电极结构、种类和设计都对调制器的性能有重要的影响。针对基于光纤布拉格光栅(FBG)的新型电光调制器电极展开了研究和设计, 并通过数值计算方法, 对模场重叠因子、电极结构参数以及模场重叠因子和FBG中心波长漂移量 的关系做了讨论, 并由此对基于FBG的聚合物电光调制器的电极做了一系列的分析和研究。文中的研究对基于FBG的电光调制器的制作具有一定的指导意义, 能够促进电光调制器的发展。

研究并实现了一种基于256像元线阵InGaAs扫描的光纤布拉格光栅传感解调系统。针对线阵InGaAs探测器，分析了光纤光栅反射谱中心波长定位原理，可实现多个FBG光谱的同时解调，单通道解调传感器数量取决于FBG的带宽和中心波长漂移范围。对256个像素点的光谱数据，通过设置的阈值判断反射谱的个数，分别对每一个谱峰进行拟合，基于高斯指数曲线模型实现了寻峰算法，获得了中心波长。搭建FBG解调系统采集光谱数据，寻峰算法的稳定性达到±0.5 pm。该解调方法无机械移动部件，实现了多光纤光栅波长寻峰的并行快速响应，波长解调范围为1 525～1 570 nm，为多光纤光栅传感提供了高速解调方案。

针对薄膜滤光片倾斜入射时产生的偏振光中心波长分离现象和偏振相关损耗, 本文利用等效层理论设计了倾斜入射下中心波长消偏振的100 GHz信道间隔滤光片膜系结构, 实现了薄膜滤光片的角度和波长调谐。首先通过相位关系分析, 计算了滤光片间隔层的消偏振等效折射率, 实现了不同偏振光中心波长的对准。然后, 根据等效层理论, 设计三层对称膜层结构实现了对间隔层中心波长消偏振等效折射率的替换。与原有的五层规整低偏振薄膜滤光片相比, 本文提出的膜系结构更为简单, 对消偏振等效折射率的替换更为精确。仿真和实验结果表明: 该膜系结构的薄膜滤光片能实现0~20°倾斜入射的偏振光中心波长对准, 偏振光波长偏离度小于0.03 nm, 波长调谐范围能达到35 nm。

研制了一种用作光纤激光器泵浦光源内置光栅的976nm激光二极管，分析了外延结构和芯片平面结构设计，并着重对内置光栅进行了理论分析和设计，通过技术研究和工艺优化，研制出了满足系统工程应用的激光二极管，其主要光电性能参数如下：中心波长为976±1nm；光谱半宽小于等于1nm；中心波长温度漂移系数小于等于0.1nm/℃；输出功率大于等于10W；发光条宽度小于等于100μm。