提出了一种硅基电光调制与模分复用的集成器件,该集成器件的电光调制模块由硅基光子晶体波导和宽度调制(WM)型谐振腔组成,模分复用模块由硅基非对称平行纳米线波导组成。光子晶体波导和纳米线波导的连接处采用锥形结构,用于减少两种波导之间的级联损耗。根据时域耦合模理论与等离子体色散效应,采用WM型谐振腔和PN掺杂结构实现了对TE0模式的调制。根据横向耦合模理论,采用非对称平行纳米线波导实现了TE0模向TE1模的转换。应用二维时域有限差分法(2D-FDTD)对其性能进行仿真分析,结果表明,该集成器件在调制电压为1.24 V时,可以实现中心波长为1553.91 nm的TE0模和TE1模的窄带通断调制及复用功能,插入损耗小于0.46 dB,消光比为19.73 dB,调制深度为0.9894,高品质因数Q值达1.5×10 ⁴,信道串扰小于-14.66 dB。该集成器件的结构紧凑,尺寸约为54 μm×22 μm,这对提高系统集成度、提升光通信网络容量具有重要意义。

光分插复用器是集成光学的重要单元器件之一。针对光分插复用器在十字交叉处存在损耗问题, 研究了交叉耦合系数对信道波导与微环间距和各信道输出光谱的影响。用耦合模理论推导了各信道输出光谱的解析表达式, 并对光谱图进行分析。研究发现, 信道波导与微环间距为66.16 nm时, 交叉耦合系数最小, 交叉耦合系数的存在使谱线呈法诺共振曲线。由对数值解和仿真解的比较, 得出仿真解与数值解吻合得很好。

垂直耦合结构纳米微环谐振器是光子集成电路的重要组成单元。主要研究了与其实际制作相关的工艺失准问题。针对高折射率差波导材料垂直耦合结构纳米微环谐振器，先用耦合模理论解析方法研究了耦合系数与直波导和微环波导耦合层厚度d以及横向偏移量Δ之间的关系，为三维时域有限差分法（3D-FDTD）的精确数值计算确定了模拟范围。之后结合解析方法和3D-FDTD数值计算研究了Δ和d的制作工艺容差。研究发现，当d=30 nm，偏移量Δ在130~265 nm之间变化时，耦合系数始终保持在较高值，为垂直耦合结构纳米微环谐振器的工艺制造提供了很大容差，对其实际制作较有意义。

通过将单芯单模光纤与多芯光纤纤芯对准熔接后，再在多芯光纤任意位置进行热熔融拉锥，实现多芯光纤光功率的高效耦合注入和光功率在各个纤芯中分布比例的控制，解决了由于多芯光纤结构特殊引起的光源光功率难于直接注入的问题。基于光纤耦合模式理论建立多芯光纤各纤芯之间的耦合模方程，得到各个纤芯中光功率变化与耦合长度之间的变化曲线，并与实际耦合实验结果对比，验证此方法的可行性。研究结果可为多芯光纤光学器件的发展提供潜在的应用价值。

针对两种不同激励情况，分别对5芯平行阵列芯光纤的超模进行了理论计算，并对其输出场强度分布进行了实验研究。通过对比5芯平行阵列芯光纤超模远场强度分布，分析了两种不同激励情况下输出各超模的光束质量。研究结果可为高功率光纤激光器、出射光斑为特定形状的光纤激光器的设计提供理论依据，对其他类似微结构光纤在激光器领域的应用具有借鉴意义。

依据耦合模理论与光束传播法(beam propagation method)，提出了由X结波导到交叉波导的系列化全光开关设计。此设计方法可以对不同的材料(自聚焦、自散焦)、不同的非线性折射率和波长等进行波导全光开关优化设计。