应用传输矩阵法计算并分析了分布式布拉格反射镜（DBR）的堆叠方式对反射谱的影响，当入射介质为GaAs材料、出射介质为空气时，DBR以低折射率层/高折射率层（LH）的方式排列具有更高的反射率。研究了入射角度对DBR反射率的影响，利用角度相关的传输矩阵模型对DBR反射谱进行计算，结果表明，DBR反射谱随着入射角度的增加而蓝移，最大反射率随着入射角度的增加而增大。建立了940 nm波长下Al_xGaAs的材料折射率与铝的原子数分数x之间的线性拟合模型，并通过多层剖分等效法，计算分析了渐变层对DBR反射谱特性的影响。相比于突变型DBR结构，渐变型DBR结构在维持最高反射率基本不变的情况下，反射带宽有所减小。

基于光纤光栅的模式耦合理论, 用传输矩阵法对长短周期级联光纤光栅的传输谱特性进行分析。先由耦合模方程分别得到长周期光纤光栅(LPFG)、连接光纤段和短周期光纤光栅 (FBG)的传输矩阵, 然后将它们相乘得到总的传输矩阵, 最后再结合边界条件求得长短周期级联光纤光栅(CLBG)的传输谱。进一步对CLBG的传输谱进行了数值模拟, 并通过实验进行了验证。实验结果表明, CLBG的传输谱中出现了由纤芯模和包层模耦合形成的两个谐振峰, 与模拟计算的结果一致, 证明了传输矩阵法求解CLBG传输谱的可行性, 为CLBG在多参量传感和测量领域的广泛应用提供了理论支持。

L波段取样光栅分布布拉格反射(SG-DBR)激光器在高速光通信与无源光网络中具有广泛的应用前景。本文以InGaAsP作为无源波导区材料, 从理论上分析了实现L波段宽调谐SG-DBR激光器所需的关键参数, 包括前后取样光栅的反射峰间隔、取样周期、占空比等。同时采用传输矩阵模型, 讨论了取样对数与前、后取样光栅反射特性的关系。最后得到了一组优化的SG-DBR激光器参数, 其对应的调谐范围达到47.6 nm。

提出了一种并联五微环谐振器模型,利用传输矩阵法对并联微环的输出函数进行建模,采用Matlab仿真软件对输出频谱强度进行分析;设置微环间距与微环周长比分别为0.25和0.50,研究谐振器频带和叠加频带的频谱输出特性。通过优化传输耦合系数、系统折射率、微环半径等参数获得形状因子超过0.85,阻带串扰小于-25 dB的谐振器频带,并级联4个并联微环阵列,实现1×4密集波分复用器。

为了设计高品质、高性能的光学滤波器件, 采用传输矩阵法, 研究左右手材料构成的光子晶体(HL)mDl(LH)m的窄带和宽带通道双重光学滤波功能, 并进行了计算机仿真。介质层H是左手或右手材料时, 随着排列周期数m增大, 在频率ω/ω0奇数倍处均出现单条窄透射峰; 当m不等值变化时, ω/ω0奇数倍处透射峰透射率均下降且下降速度相同, 而ω/ω0偶数倍处通带透射率不变; H为左手材料时, ω/ω0偶数倍处还出现通带, 且m越大透射峰或通带越窄, ω/ω0奇数倍处及周围还出现多条窄透射峰。结果表明, 光子晶体由左右手材料组成时将得到更好的宽、窄带双重光学滤波效果及调制方法。该研究对新型光学滤波器件的研究和设计具有指导作用。

基于传输矩阵法和耦合模理论，分析相移光纤光栅的传输函数以及透射谱特性，结果表明相移光纤光栅具有较好的积分特性，并且相移光纤光栅的积分阶数与所插入的相移点数成正比。基于相移光纤光栅一阶积分特性设计出一种光脉冲整形结构，该结构可将高斯型超短光脉冲整形成平顶脉冲或对称三角形光脉冲。通过进一步调整结构中的加权系数，该系统还可输出非对称三角形光脉冲。当输入的高斯型光脉冲的脉宽发生±10%的波动时，仍然可以得到效果较好的平顶脉冲和三角形光脉冲，故所设计的光脉冲整形系统具有较好的稳定性。

利用传输矩阵法研究了液晶染料填充一维阶梯型Double-period第四代准周期结构局域模的光学特性。计算了增益前局域模与外加电场方向和正入射波方向间夹角θ的变化关系,分析了增益系数与局域模透射率的关系以及局域模在空间位置的光场分布,讨论了增益后的局域模透射率与光场强度的关系。结果表明:随着夹角θ的增大,光子禁带变宽并且只向短波方向拓展;随着夹角θ的增大,增益前的局域模向短波方向移动,透射率逐渐增大,且局域模波长的调控量为237 nm。随着增益系数的增大,透射率先增大后减小。光场分布呈现局域现象,当夹角θ=434°,波长λ=5950 nm时,光强达到6个数量级。增益后的局域模透射率与光场强度呈正比关系。

利用传输矩阵法研究了含向列相液晶缺陷层的1维阶梯型双周期第4代准周期结构 缺陷模的电场方向调控特性。分析了外加电场方向和正入射波方向间夹角θ与缺陷模波长的位置、 品质因子、空间位置光场分布的变化关系,探讨了缺陷模的品质因子对光场强度的影响。 结果表明:随着夹角θ的逐渐增大,缺陷模的位置向短波方向移动,缺陷模波长的调控量为84 nm;随着夹角θ的逐渐增大, 缺陷模的品质因子逐渐增大;缺陷模在空间位置的光场分布呈现出局域现 象,随夹角θ的增大,空间位置的光场强度逐渐增强;缺陷模的品质因子与光场强度成正比关系。

为实现多通道光滤波功能，设计对称嵌套式一维光子晶体量子阱(BAB)_k (AB)_m (BAB)_n (BA)_m (BAB)_k ，采用传输矩阵法计算透射谱，分析了阱的周期数及折射率对透射峰的影响。结果表明，量子阱主禁带内出现三组透射峰，由于外阱(AB)_m 和(BA)_m 之间的相互耦合，使第2 组和第3 组透射峰具有双线结构，透射峰的数目、位置及双线之间的间隔受阱的周期数和折射率调控。禁带内总计有2m+n+3(m 取奇数)或2m+n+1(m 取偶数)条窄透射峰。无论是内阱还是外阱的周期数增大，双线间距都会减小，且透射峰都向中心频率靠近。随着高折射率介质的折射率增大，双线间距减小，透射峰远离中心频率；随着低折射率介质的折射率增大，双线间距增大，双线透射峰向中心频率靠近。这些特性对多通道光滤波器的设计具有一定的指导意义。

为了分析研究1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响, 并把这种影响作用应用到滤波器的设计中, 采用传输矩阵法、利用MATLAB仿真软件, 对不同结构参量的1维光子晶体的能带结构进行了计算仿真, 分别得到了不同周期数、不同介质层厚度、不同介质折射率的1维光子晶体的能带分布图, 进一步分析比较, 得出了1维光子晶体的结构参量对其能带结构的影响。结果表明, 较大的周期数可以使1维光子晶体的禁带边缘更加陡峭, 通带透射性增强, 能带分布更加分明; 介质层厚度可以调节光子晶体的能带分布情况及能带宽度; 介质折射率比值可以改变禁带宽度, 禁带宽度随介质折射率比值的增大而增大。这些结果对宽带带阻滤波器的设计是有帮助的。