提出了一种基于模式演变原理的紧凑型偏振分束旋转器（Polarization Splitter Rotator，PSR）。该器件由锥型TM₀-TE₁模式转换器与非对称定向耦合（Asymmetric Directional Coupler，ADC）结构的模式分束器组成，经粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）和样条插值原理优化后的器件总长度仅为45 μm。利用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain method，FDTD）对器件进行仿真，数值结果表明：输入TE₀模式时，在100 nm（1500~1600 nm）带宽内具有低插入损耗（＜0.007 dB）、低串扰（＜-28.7 dB）、高偏振消光比（＞49.1 dB）；输入TM₀模式时，在整个C波段内具有低插入损耗（＜0.34 dB），低串扰（＜-47.1 dB），高偏振消光比（＞15.5 dB），且在中心波长1550 nm处插入损耗值仅为0.06 dB。此外，对器件的公差进行了分析，结果表明该器件具有良好的鲁棒性。所设计的PSR具备低损耗、小尺寸以及低串扰特性，在未来大规模光子集成领域具有重要应用价值。

为解决绝缘体上硅平台的偏振相关损耗和偏振相关损耗和偏振模色散问题，提高偏振分集系统的工作效率，文章提出了一种基于厚硅基波导非对称定向耦合器(ADC)和亚波长光栅(SWG)的偏振分束-旋转-合波集成器件，可以实现将任意输入光波转换为基本横电(TE₀)模式的光输出。该集成器件由偏振分束器、偏振旋转器和合波器3个部分构成。运用三维有限时域差分法(3D-FDTD)进行仿真分析，对结构参数进行了优化。仿真结果表明，该器件尺寸为4.5 μm×56.0 μm，在1.55 μm的中心波长处，具有45 dB的高偏振消光比，插入损耗为0.53 dB，偏振消光比大于30 dB且插入损耗小于1 dB时，带宽为75 nm，覆盖了整个C波段。最后，分析了工艺误差对器件性能的影响。该集成器件结构紧凑，偏振消光比更高，可以满足现代光通信和光集成系统的需求。

为了更准确地分析基于液晶光波导的电控偏振旋转器的偏振转换长度和偏振转换效率，研究了向列相液晶场致重新取向的渐变特性。首先，根据液晶磁场耦合方程组得出的本征值方程构建偏振转换长度与外加电压的对应关系。然后通过对电场传输方程进行横向有限差分离散得到了交替方向隐式束传播法迭代方程组的显式表达，用于求解液晶光波导中的传播场，进而计算偏振转换效率。最后，通过仿真实验求解了本征模式以及传播场，进而分析液晶指向矢的渐变特性对偏振转换长度和偏振转换效率的影响。结果表明，液晶指向矢的渐变对偏振转换长度的影响可以忽略，但其得出的最大偏振转换效率相较于液晶重新取向均匀的求解结果低大约20%。这一结果将为基于液晶光波导的电控偏振旋转器的实际开发提供理论参考。

大口径大视场地平式望远镜长时间曝光时，主焦点探测器会由于地球自转产生像旋，即视场中除中心外其余星体均绕视场中心旋转，进而导致目标不能正确提取与观测。为消除图像旋转的影响，某大口径大视场望远镜的消旋跟踪精度需小于5″。本文根据星体像旋原理对主焦点探测器像旋的位置特性和速度特性进行系统分析及实验验证，提出采用双电机驱动消间隙消旋机构进行消旋，利用复合电流指令控制方法消间隙并进行控制。实验结果表明：像旋特性符合消旋公式，测量误差不超过2%。最终在低速15 （″）/s及高速170 （″）/s时消旋机构的跟踪精度小于1″，进行高变速切换即7.86°sin（2π×0.5t）时，控制精度仍然小于1″，采用双电机消间隙控制方法可有效提高系统的稳定性和精度。

High-performance ultra-compact polarization splitter-rotators (PSRs) are designed and experimentally demonstrated, using dual etching and a tapered asymmetrical directional coupler. First, two novel PSRs are designed with nanowire and subwavelength grating cross-port waveguides and verified in simulations. Then, one of the two PSRs is fabricated. Experiment results reveal that the extinction ratio is higher than 28 dB or 32 dB at 1550 nm for the launched fundamental transverse magnetic or the transverse electric modes, while the corresponding insertion loss and polarization conversion loss are 0.33 dB and 0.18 dB, respectively.