提出和研究了一种高信噪比（SNR）随机光电振荡器（ROEO）。该ROEO由随机光纤激光器与光电振荡器两部分组成，得益于随机光纤激光器中瑞利散射（RS）提供的随机分布反馈，实现了宽带随机微波信号的产生。通过在随机光纤激光器中加入另一个波分复用器（WDM），去除残余的拉曼泵浦光，提高了随机微波信号的信噪比。控制信号光的偏振态，抑制了随机腔中的受激布里渊散射（SBS）效应。实验中，获得了带宽为DC~30 GHz（DC代表直流0 Hz，表达的含义是从0 Hz到30 GHz）的随机微波信号。在DC~10 GHz范围内的信噪比约为40 dB，并且腔内的受激布里渊散射与随机微波信号的功率差达到约19.64 dB。高信噪比宽带随机微波信号在随机比特生成、雷达、安全通信等领域有重要的应用前景。

采用二维光子晶体设计了一种可扩展的小型化准密集型八通道波分复用器结构。二维光子晶体是由硅介质柱在空气中按照三角格子周期性排列而成，通过设计直线主波导、下载腔和输出波导结构，利用腔和波导之间的耦合效应实现波长选择。所设计的腔由一个内柱和四个外柱构成，结构简洁，腔模式可通过内外柱的直径进行调控，实现多波长的选择，具有可扩展性。实现准密集型波分复用结构，八个波长分别为：1542.2，1544.2，1546，1548.2，1550，1552，1554.4，1557.6 nm，平均波长间隔为2.2 nm，插入损耗分别为-0.5，-0.25，-0.25，-0.7，-0.25，-0.5，-0.1，-0.1 dB，最大信道串扰为-12 dB。器件尺寸为19.8 μm × 11 μm，面积为217.8 μm²，实现了小型化、高透射和高隔离，为用于光集成奠定了基础。其中设计及分析通过COMSOL软件有限元方法完成。

基于光子晶体谐振腔的耦合原理，采用环形腔与微腔结构结合的形式，设计了一种六通道波分复用器。利用平面波展开法研究了晶格常数为0.55 μm时光子晶体禁带范围随介质柱半径的变化关系，并得到其能带结构。采用时域有限差分法分析了谐振腔结构对波长的影响，得到了该谐振腔结构的传输特性曲线及电场分布，并实现了波长为1.3298，1.4316，1.4419，1.5564，1.5966，1.6191 μm的六通道波分复用。实验结果表明，该器件通过调节微腔内外的介质柱半径进行选频，通过增加反射点的微腔结构减少串扰，通过改变输出端边缘介质柱的半径提高输出效率。最终实现透射率大于90%，平均带宽为9 nm的通道，且通道间串扰小，窄带特性好。器件尺寸仅为13.4 μm×17.6 μm，有利于进行光器件集成，具有潜在的应用价值。

基于光子晶体谐振腔优越的选频特性,设计了一种八波长光子晶体波分复用器。利用平面波展开法得到了特定晶格排列和半径下光子晶体的能带结构,采用时域有限差分法分析了微腔耦合频率的变化规律,得出环形谐振器和微腔之间的共振耦合特性。该器件主要由4个光子晶体环形腔和8个尺寸不同的微腔组成,实现了1.37,1.39,1.42,1.44,1.50,1.51,1.53,1.55 μm等8个波长的波分解复用。结果表明,只通过调节微腔中心柱和外围介质柱的半径,就可以使8个波长从特定端口输出,且输出效率都可以达到97%以上。所设计的器件尺寸为23 μm×18 μm,具有物理尺寸小、耦合效率高等优点,在集成光学领域具有潜在的应用前景。

提出了一种内嵌矩形金属块纳米圆盘结构,利用该结构形成的法布里-珀罗腔来加强表面等离激元的耦合作用。该结构具有窄带宽高品质因子的滤波性能,可通过多腔耦合形成多通道波分复用器。采用时域有限差分方法讨论有无内嵌矩形金属块和金属块的横纵向宽度及耦合距离对强透射现象的影响,并根据其透射特性实现多通道波分复用器。研究发现,当圆盘谐振器内嵌矩形金属块后,滤波器具有较好的强透射现象,其半峰全宽显著降低,品质因子增加;通过耦合多个内嵌矩形金属块圆盘谐振器构建的等离子多通道波分复用器,可实现双通道及三通道解复用功能,各信道共振波长可通过谐振腔内嵌的金属块参数来调整,传输效率可达到70%,最小插入损耗为1.549 dB,平均工作范围为189 nm,且不存在相邻信道串扰。这说明该结构具有较好的解复用分频特性。

在传统的并联微环结构中,可通过改变相干距离来实现慢光效应的调谐,但动态调谐无法实现。在包层中嵌入加热器的改进型微环阵列,利用热光调谐相邻环之间的相移器,实现连续调节任意信道的慢光效应。利用传输矩阵法建立密集波分复用器(DWDM)的函数模型,Matlab仿真分析1×4密集波分复用器的慢光效应。仿真结果表明:改变相应微环之间的附加相移,DWDM具有可调谐光延迟信道的特性,输出信道频谱强度的半峰全宽(FWHM)约为0.05 nm,信道间隔为100 GHz。该方法具有光延迟信道可切换、可动态调谐的特性,增强了光学器件的灵活性。

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。

现阶段的光模块封装类型已从小型可插拔(SFP)系列逐渐向100 Gb/s可插拔(CFP)系列和4通道SFP(QSFP)系列过渡, 传输速率最高可达400 Gb/s, 发射端激光器消光比大于9 dB, 光波分复用器插入损耗小于1 dB, 发射功率大于0.3 dBm, 接收端探测器响应度为0.7 A/W, 接收灵敏度小于-17 dBm。阐述了在数据中心光互连中可以应用于IEEE制定的40/100 GbE标准802.3 ba的发射和接收集成芯片, 主要包括分立器件组装芯片、混合集成芯片和单片集成芯片, 介绍了其各种类型的基本结构和特性。

提出了一种应用于光纤时间频率传递系统中时间信号的校准和同步方案。分析了基于光学补偿方式和波分复用技术的时频传递系统中本地和远地时间信号同步方案的原理，并完成了实验室内50 km 光纤链路的验证实验，时间同步精度为1.6 ps。在110 km 的商用光纤链路上完成了时间信号的同步实验，理论计算的时间同步精度为30.0 ps，对时间信号的误差来源进行了理论分析。

为改善全光纤3×3 光学梳状滤波器(Interleaver)的输出特性，详细推导了其输出表达式，通过分析和优化，提出了新的结构参数。计算结果表明: 相对于以往的全光纤3×3 光学梳状滤波器而言，利用优化后的结构参数设计的全光纤3×3 光学梳状滤波器，不仅降低了器件的制作难度，而且在串扰特性、信道隔离度、阻带抑制、通带平顶度以及过渡带滚降等特性方面得到了明显改善，信道间功率旁瓣降低了约16 dB。最后进行了实验研究，实验所得结果与理论结果相吻合。