相移光栅是光子集成电路的基本元件之一，被广泛应用于多种领域中。与传统的反射型相移光栅相比，反向耦合型相移光栅无需光环形器，易实现大规模集成。提出了一种高Q值、超窄带宽的反向耦合型相移光栅。利用光栅的Moire效应，通过将不同周期的波导光栅组合在一起，实现了Q值为12893、3 dB凹陷带宽为0.12 nm的反向耦合型相移光栅。该相移光栅具有尺寸小、Q值高和凹陷带宽窄等优势，能被广泛应用于生物传感、激光器和波长滤波等领域中。

提出了一种基于表面等离子体共振和定向耦合效应的D型光子晶体光纤生物双参量传感结构。首先，用光子晶体光纤纤芯与金属膜层之间的表面等离子体共振效应检测生物液体的质量浓度。然后，用光子晶体光纤纤芯与缺陷芯之间的定向耦合效应和温敏材料的温敏效应作为温度传感机制测量环境温度。最后，用COMSOL Multiphysics有限元软件建立光子晶体光纤传感结构模型并进行数值分析。结果表明，基于表面等离子体共振的质量浓度传感和基于定向耦合的温度传感相互独立，该传感器在34.6~186.7 mg/mL人血清白蛋白质量浓度范围内的灵敏度可达5.44 nm/（mg·mL^-1），在20~45 ℃温度范围内的灵敏度可达17.3 nm/℃。

设计了一种基于定向耦合结构的光子晶体偏振分束器。该分束器由两个单模波导构成, 通过调节两个单模波导的宽度可以改变耦合长度。利用时域有限差分法进行仿真分析, 结果表明, 在波长1550 nm下TE和TM两种偏振模可以分束, 透射率都达到90%以上, 消光比分别达到22.4 dB和18.2 dB。该光子晶体偏振分束器的尺寸为25.8 μm×13 μm。

设计了一种新型光子晶体光纤（PCF）磁场和温度传感结构。在光子晶体光纤包层的一个空气孔中填充磁流体，形成定向耦合结构，检测结构的磁场和温度变化。利用全矢量有限元法（FEM）对该传感器特性进行了仿真研究。结果表明，该传感结构可以实现磁场范围为100~250 Oe（1 Oe=79.58 A/m），温度范围为10~60 ℃的检测，在该范围内磁场和温度的灵敏度最高可达1.10 nm/Oe和-3.86 nm/℃。

分析了在 1 550 nm 波长下超薄金属膜(金膜厚t=10 nm)V-型槽等离子波导间长程沟道等离激元导模的定向耦合。通过计算不同波导间距下的模式分布，得出了定向耦合器中奇、偶模有效折射率实部和传播长度随波导间距的变化情况，并进一步计算了相邻波导间的耦合长度、最大串扰与波导间距的关系曲线。计算结果表明：在波导间距较小时，耦合长度小于各模式的传播长度，随着波导间距的增加，耦合长度随之增加，最大串扰随之减小。对超薄金属膜V-型槽等离子波导的定向耦研究在集成光路的实际应用中具有重要的价值。

三分量加速度地震检波器检测加速度的核心部件是由 2个 3-dB耦合器级联而成的双 M-Z干涉仪， 3-dB耦合器的设计对三分量加速度地震检波器的检测精度尤为重要。介绍了三分量加速度地震检波器的结构和工作原理，导模之间的同向耦合理论。设置了 3-dB耦合器波导的结构和计算参数。采用 MATLAB对 3-dB耦合器的输出功率进行仿真，仿真结果显示， 3-dB耦合器在两输出端实现了能量的平均分配。用波导光学模拟软件 OptiBPM v9.0对 3-dB耦合器进行模拟仿真，光功率传输图表明，所设计的 3-dB耦合器实现了光功率的均分。

提出了一种基于光子晶体耦合波导实现光开关效应的方法:将线缺陷引入二维光子晶体以形成两平行的邻近波导,两邻近波导及其中间的两排介质柱构成了光开关模型耦合区;利用平面波展开法计算了不同介质填充率情况下的色散特性。结果发现:减小介质填充率可以实现波导耦合长度的减小;分段调整中间介质柱的填充率和选择不同的耦合搭配长度,定向耦合器内的光波可以与任意分段介质进行独立、互不相干地耦合,光信号可以在两耦合波导中进行受控地、不间断地交替传输,从而实现了光信号沿两不同端口受控输出的开关效应。

讨论了两条平行硅周期介质波导间的定向耦合效应,根据晶格移动时耦合长度的改变选择一个合适的耦合区域设计了一个可实现任意比例的功率分配器。功率分配比可从0∶1变到1∶0。并运用时域有限差分法模拟了器件的性能,结果表明在整个晶格移动过程中光信号的传输效率均在92％以上。

在完整三角形光子晶体中引入3条相互平行的单模波导形成定向耦合型分束器, 非对称地改变波导间耦合区的介质柱的折射率, 可实现能量输出端口能量比的改变。时域有限差分数值仿真结果表明, 耦合区介质柱折射率在改变量较小时, 能保证分束器有较高的能量透过率, 且能实现输出端口能量输出比在一定范围内的调节。

设计并制作了一种聚合物2×2定向耦合型电光开关.针对溶胶-凝胶法合成的有机/无机杂化电光材料膜厚较薄的情况，采用一种加载条形波导结构，利用掺有环氧丙脂的聚甲基丙烯酸甲脂-甲基丙烯酸缩水甘油脂作为引导层，在电光薄膜上构成定向耦合器，通过紫外光刻、反应离子刻蚀、电晕极化等工艺，制备了聚合物定向耦合型电光开关，并采用共面波导行波电极以电推挽方式工作.经测试，其器件损耗约为16 dB，开关电压9 V.