设计了一种金属三角肋和增益介质三角肋完全对称并带有圆柱形空气缝隙的新型混合等离子体波导结构。采用COMSOL Multiphysics软件,分别仿真了波导的二维和三维耦合电场分布模型,并基于有限元法分析了波导的模式特性。研究结果表明:当工作波长为1550 nm时,设计的波导结构具有很强的光场约束能力、超长的传输距离、超低的传输损耗和增益阈值。对波导的结构参数进行了优化,当波导的有效模场面积达到0.0022λ2时,波导的传输距离能够达到69805 nm,传输损耗低至0.0017;基于此波导的激光器也具有很低的增益阈值,为49.3 cm -1。最后研究了实际制备过程中可能出现的制作误差对波导性能的影响,并分析得出此波导结构对制作误差具有较高的容忍度。与同类型带有空气缝隙的波导结构相比,此波导的综合性能更优,在各种集成纳米光子设备中具有很大的应用潜力。

对Bragg光纤中包层制造误差对导模特性的影响进行了深入的分析和研究, 给出了一般N层波导中模式场标量波动方程求解的传输矩阵方法, 并将其应用在Bragg光纤模式场的分析当中。分别研究了Bragg包层存在折射率误差和厚度误差时对光纤基模模式场的有效折射率、模场半径和芯区功率占比的影响, 并利用统计的方法分析了不同制作误差时导模特性的相对变化。折射率误差在1‰的水平时, 基模有效折射率、模场半径和芯区功率占比的方差水平为1.55×10-4、1.04×10-1和1.79×10-2; 厚度误差在2%的水平时模式场参量的方差水平分别为3.61×10-5、1.84×10-2和2.35×10-3。

利用有限元方法, 仿真分析了深反应离子刻蚀工艺造成的折叠梁宽度误差对电容式微加速度计温度漂移的影响。在存在工艺误差和保证微加速度计灵敏度恒定的前提下, 增大了折叠梁设计宽度, 计算了不同宽度下微加速度计的温度漂移量。结果表明: 刻蚀工艺误差越大, 微加速度计温度漂移量越大。折叠梁设计宽度为4.5 μm和6.5 μm时, 最大温度漂移量分别为2.42 mg/℃和1.71 mg/℃, 因此通过适当地增大设计尺寸, 可以有效地减小微加速度计的温度漂移量。

用Spearman相关度分析法研究了3环带纯相位光瞳滤波器的加工质量与超分辨性能之间的显著度关系,并比较了不同环带光瞳滤波器的偏心对超分辨性能的影响.结果表明,环带的偏心与光斑半径、Strehl比的相关度系数均大于0.8,倒圆可使一级旁瓣强度的变化率高达29.04%,因此环带偏心和倒圆是决定元件性能的有效表面质量参量;外层环带偏心对超分辨性能的影响大于内层环带,需要更加严格的公差控制.该方法为微光学元件设计加工中的准确度控制提供了理论依据及可行的技术途径.

利用模式匹配法建立了分析波纹参数具有随机误差的矩形槽同轴布拉格结构反射特性的理论模型,并以一个以基模(TEM)工作于220 GHz附近的矩形槽同轴布拉格结构为例,研究了矩形凹槽的深度、宽度、周期长度以及位置的随机误差对其反射率频率响应的影响.数值模拟结果表明:在给定的误差范围条件下,凹槽宽度与位置的随机误差对该结构的反射性能影响较小,而凹槽深度与周期长度的随机误差是影响结构反射特性的主要因素,因此在结构的加工制备过程中应视器件性能要求严格控制两者的制造公差.

采用扫描白光干涉法对菲涅耳微透镜芯模表面浮雕结构进行了检测, 并对元件表面微观形貌进行了三维重建。根据其表面形貌数据, 引入幅度参数表征法, 分别计算出横向线宽误差以及样品的系统刻蚀深度误差和随机刻蚀深度误差等纵向加工偏差。通过表面高度分布的偏斜度、表面高度分布的峭度等参数获得了有关微芯模表面误差和缺陷的量化信息。实验研究表明, 扫描白光干涉法能精确定量化表征微芯模表面形貌特征, 这对探索适用于新型微光学器件表面三维形貌误差的无损检测评价方法具有实际意义。

惯性约束聚变频率转换系统中，大口径薄型KDP晶体的面形质量是影响频率转换效率能否达到设计要求的关键因素之一。针对45°放置状态下口径为400 mm×400 mm的三倍频KDP晶体，采用ANSYS有限元分析软件，建立了不同夹持方式和具有不同加工误差的KDP晶体模型和夹具模型，分析了加工误差对不同夹持方式下KDP晶体附加面形的影响，给出了不同加工误差和不同夹持情况下，KDP晶体附加面形的P-V值和RMS值。研究结果表明，夹持方式和加工误差是引起KDP晶体附加面形变化的重要因素，正面压条夹持方式即使在晶体和夹具存在加工误差时也可以较好地控制晶体的附加面形。

针对惯性约束聚变（ICF）驱动装置中口径为400 mm×400 mm薄型频率转换KDP晶体在45°放置状态下产生的附加面形问题，采用有限元分析软件ANSYS，建立了以实测数据为基础的大口径薄型KDP晶体的应变模型和有加工误差的夹具模型，仿真分析了KDP晶体的加工误差和夹具的加工误差对KDP晶体附加面形的影响， 给出了KDP晶体附加面形变化的P-V值和RMS值。在此基础上，通过对KDP晶体的加工误差及夹具支撑表面不同类型和不同大小加工误差的分析和比较，得出：KDP晶体边缘的加工误差和夹具支撑表面的凹型加工误差是引起较大附加面形的原因之一，KDP晶体的加工误差也会导致其面形变化不均匀，而夹具支撑表面的凸型、波浪形加工误差和压条表面的随机加工误差对KDP晶体附加面形的影响相对较小，且支撑表面的随机加工误差引起的附加面形变化介于其他两者之间。

利用时域有限差分（FDTD）法，对12重准晶光子晶体（PQCs）的绝对带隙特性进行研究。主要讨论了加工过程中产生的尺寸误差和位置误差对12重PQCs绝对带隙的影响，并估算当前加工该带隙材料的能力。数值模拟结果表明，在相同误差条件下，尺寸误差大于位置误差对绝对带隙的影响；12重PQCs绝对带隙特性主要受TE模对加工误差敏感程度的限制；绝对带隙宽度随晶格常数的减小而逐渐变窄，当晶格常数不小于500 nm时，加工误差对绝对带隙的影响可忽略，而当晶格常数小于200 nm时，绝对带隙甚至完全消失。

为了消除单节电极定向耦合电光开关的工艺误差对器件性能的不良影响，应用耦合模理论、电光调制理论、保角变换及镜像法，优化设计了一种两节交替反相电极聚合物定向耦合电光开关.模拟结果表明，该器件具有良好的开关性能：在1 550 nm的工作波长下，器件耦合区的长度为4 753.5 μm，交叉态电压为1.22 V，直通态电压为2.65 V，插入损耗小于2.21 dB，串扰小于－30 dB.通过微调状态电压，可以很容易地消除工艺误差对器件性能产生的不良影响.本文方法的设计结果与光束传播法的仿真结果符合得很好.