基于介质加载石墨烯等离激元波导(DLGPW),提出并研究了单介质加载双层石墨烯对称表面等离激元波导(DLTGSSPW)。在DLTGSSPW中,双层石墨烯中的表面等离激元(SPP)相互作用,形成耦合的SPP模,即对称和反对称SPP模。采用有效折射率法和有限元法进行研究,发现耦合的SPP模的有效折射率、传播损耗、模式数目及电场强烈地依赖于DLTGSSPW的参数,例如入射波长、单介质条的高度和宽度等。耦合的SPP模与三层介质平板波导中的导模很相似。另外,当单介质条的高度足够大时,在每层石墨烯中,耦合的对称和反对称SPP模退化成非耦合SPP模,DLTGSSPW可被看作两个独立的DLGPW。DLTGSSPW这种性质使其有望在集成光学器件中有潜在的应用价值。

在介质加载石墨烯等离子激元波导的基础上设计了一种由两个高折射率介质条形成的双介质加载石墨烯表面等离子激元波导(DDLGSPPW)。采用有效折射率法和有限元法研究在DDLGSPPW中石墨烯表面等离子激元（GSPP）模的有效折射率随入射波长、介质条2的宽度、高度以及介电常数的变化规律。结果表明，通过改变DDLGSPPW的介质条2的参数来改变GSPP模的有效折射率和模式数目，并调节GSPP模在两个介质条中场分布情况，表现出的性质和四层介质平板波导的性质很相似。DDLGSPPW的这种性质使其有望在集成光学器件中产生新的应用价值。

在高功率密度下产生的非线性效应和材料损伤等问题限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。利用大模场光纤降低光纤能量密度，提高非线性阈值是一种最为直接和有效的手段。以空气孔尺寸为光波长量级的全内反射型光子晶体光纤为对象，采用等效折射率模型分析了光子晶体光纤的单模特性，利用有限元法分析了结构参数对光子晶体光纤的模场面积和色散等光束质量参数的影响。设计了一种工作波长为0.40~1.55 μm，模场面积为112.74~258.87 μm2，且在1.27 μm附近可补偿色散的大模场光子晶体光纤。该研究可为高功率光纤激光器大模场光纤的进一步参数优化设计及元件加工提供重要参考。

采用全矢量有效折射率法计算光子晶体光纤的色散系数，深入分析了光子晶体光纤色散系数与结构参数之间的关系，发现色散系数随着结构参数的变化具有双极值特性：1)当Λ值保持不变时，随着d/Λ值的减小，零色散波长向长波方向移动，在达到极大值后，则转向短波方向移动，例如当Λ=2.3 μm时，极大零色散波长出现在约d/Λ=0.24处，约为1728.9 nm，当Λ取不同值时，较小的Λ值，会对应有较大的极大零色散波长；2) 当d/Λ值保持不变时，随着Λ值的减小，零色散波长向短波方向移动，在达到极小值后，则转向长波方向移动，例如当d/Λ=0.9时，极小零色散波长出现在约Λ=0.6 μm处，约为564.29 nm，当d/Λ取不同值时，该比值越大，则会对应着越小的极小零色散波长。这一发现对于优化设计特种光子晶体光纤具有一定的价值。

文章采用全矢量有效折射法深入分析了光子晶体光纤结构参数及比例系数对波导色散、总色散的作用，总结了光子晶体光纤色散特性的调整方法，探索出特定色散特性光子晶体光纤的设计方法，并且设计了在800 nm处具有近零平坦色散的光子晶体光纤，该光纤对于研究飞秒激光的传输特性和应用具有一定的价值。

M-Z光波导是有机聚合物电光调制器的重要结构单元。将有效折射率法与二维差分束传播法相结合,利用有效折射率法计算了聚合物脊形波导的横向折射率分布及有效折射率。由Maxwell方程出发,结合辐射透明边界条件,采用Crank-Nicholson差分格式,得出有限差分束传播法的计算格式。通过对M-Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析,研究了以IPC-E(20wt%)/PSU作为芯层材料的脊形M-Z波导,并对其结构进行了优化设计,得到了较为满意的结构参数。

分束器是光纤通信系统中光无源网络和光子集成回路的重要器件。1×2 MMI(multimode interferences)电光有机聚合物分束器是利用自成像效应设计的。分析了1×2 MMI的工作原理。利用有效折射率方法(effective index method, EIM) 计算出1×2 MMI三维多模脊形波导的有效折射率分布。利用自成像效应的成像规律计算出成像位置并用导模传输分析法(guided-mode propagation analysis, MPA)对输出波导的光强进行模拟。分析表明: 在波长为1.55μm的情况下，1×2 MMI的输出波导的光强在未加电极时可以实现预定分束比输出; 加上电极之后，由于电光效应可调控有机聚合物波导折射率的改变，利用有限差分光束传播法模拟输出波导的分束比可在7.6dB范围内可调。

利用变分有效折射率法计算了TE基模和高阶模的光场分布，计算结果表明，该方法计算量小，精度高，为聚合物集成光电子器件中脊形光波导的理论分析与优化设计提供了简单高效的途径。利用有限差分束传播法对Mach-Zehnder波导的传播及损耗特性进行了理论分析，得到了不同Y分支角、波导宽度、波导间距时波导传输功率与距离的关系，优化得到的结构参数为：Y分支角1.1°，脊宽5 μｍ，波导间距20 μｍ。

快速有效地获得级联、超结构、倾斜光纤光栅等大计算量光栅类型的光谱特性,是优化设计基于上述光栅建立的各种光器件的重要基础和前提保障。从有效折射率法(EIM)出发,验证了用于光纤光栅理论分析的新型方法V-I传输矩阵法的正确性。选择相同参量进行分析,结果表明,V-I传输矩阵法和经典传输矩阵法模拟分析的结果基本一致,且与实验结果的误差满足精度要求。该方法简化了传输矩阵,大大提高了计算效率,如果将光栅分割成N层进行分析,则可节约N个矩阵的运算时间,N越大,分析精度越高,本方法快速计算的优势也越明显。

根据聚合物脊型波导的结构特点，利用有效折射率法求出其横向折射率分布，将三维传播转化为二维传播，并从标量波动方程出发，在傍轴近似的情况下，采用Crank－Nicholson差分格式，得到了泰勒级数展开法基本计算格式，并对算法进行了适当优化；通过对Mach－Zehnder光波导TM模的模拟，分析了各种参数对损耗的影响。结果表明：泰勒级数展开法具有精度高、稳定性好、算法简单、易于编程等优点，是一种比较理想的光波导数值分析方法，可为聚合物电光调制器的设计制作提供理论参考。