提出了一种基于矢量模式的全光纤模式选择耦合器，该耦合器由一个单模光纤和一个空气芯环形少模光纤组成。基于耦合模理论，研究了不同参数对耦合特性的影响，并且详细分析了纤芯间距对高阶模式间的串扰和工作带宽的影响。结果表明，在相位匹配条件下，该矢量模式选择耦合器可高效地实现基模与特定高阶模的耦合；通过改变耦合器的纤芯间距，可以调控模式间的串扰和工作带宽之间的平衡关系。该模式选择耦合器可直接实现基模到高阶矢量模式的高效转换，能降低光通信系统的插损和复杂度，在光纤激光器、光镊和模分复用系统中具有潜在的应用价值。

设计一种基于腔内全光纤模式复用器/解复用器(MUX/DEMUX)的少模环形光纤激光器,实现了LP01模、LP11模、LP21模及混合模式可切换的激光输出。实验结果表明,利用低串扰的全光纤模式MUX/DEMUX结合4×1光开关,激光器可在三个最低阶的线偏振(LP)模式及其混合模式之间进行切换,LP01模、LP11模、LP21模的泵浦阈值分别为40、60、80 mW,斜率效率分别为1.2%、0.82%、0.56%。对设计的少模环形光纤激光器结构进行数值模拟和参数优化,极大地改善了波长偏移问题,实现了小于0.032 nm的3 dB线宽。

对模式选择耦合器、声致光纤光栅等全光纤模式转换器件的工作原理进行总结,并结合锁模光纤激光器和模式转换器件的优势,简单高效地产生了超快矢量光束和涡旋光束,得到的超快高阶模式激光具有峰值功率高、模式纯度高等特点。实验证明了模式转换器件的快速响应特性和宽带模式转换特性,并指出了其未来的发展方向和应用前景。

设计了一种用于测量V波段过模高功率毫米波源在线功率的选模耦合器。利用小孔耦合理论和微元法对菱形耦合缝隙进行了理论分析, 采用两组相同的菱形耦合缝隙实现选模功能, 缩短了耦合器长度, 增加了工作带宽。采用数值模拟的方法对耦合器结构进行优化设计, 模拟结果表明: 在60 GHz频点处, TM01模耦合度约为50 dB, TM02模耦合度仅为75 dB, 对TM02模的抑制度为25 dB; 在500 MHz带宽内对TM02模的抑制度大于15 dB, 1 GHz带宽内的抑制度大于10 dB, 可满足工作于TM01模的V波段高功率毫米波测试需求。同时针对工作于高次模TM0n(n=2,3,4,…)的器件设计了可抑制TM01模的耦合器, 为高次模工作的高功率毫米波器件的在线功率测量和模式诊断提供了技术方案。

高功率、长脉冲是高功率微波技术发展的趋势，提高微波器件的功率容量成为一项重要的任务，使用过模器件可以有效提高微波源的功率容量，然而却会带来微波源中同时存在多种模式的问题。为了识别一个X波段长脉冲过模高功率微波源的输出主模TM01模式，设计了一种在线选模定向耦合器，进行了理论分析和模拟优化设计。当频率范围为9.2~9.6 GHz时，模拟结果显示该选模耦合器对TM01模的耦合度为-54 dB，在400 MHz带宽内定向性大于35 dB，对TM02模的抑制度大于15 dB，功率容量可达到3 GW以上。