在0.35 μm标准CMOS工艺下实现了一款采用低阈值技术的高速流水线模数转换器。该转换器包括采样保持电路、流水线ADC核、时钟电路和基准电路。相比于传统电路, 该模数转换器中采样保持电路的放大器采用了低阈值设计技术。其优势在于, 在特定工艺下, 通过低阈值器件补偿放大器可实现高增益带宽, 提高了模数转换器的速度。同时, 设计了一种全新的保护电路, 可有效保证电路的正常工作。采用一种独特的偏置电路设计技术, 不仅能够优化跨导放大器的增益和带宽, 还可以调节MOS器件工作状态。转换器采用4 bit+8×15 bit+3 bit的十级流水线架构, 实现了14位精度的模数转换功能。在5 V电源100 MHz时钟下, 仿真结果表明, SINAD为74.76 dB, SFDR为87.63 dBc, 面积为5 mm×5 mm。

设计并搭建了一台具有高重复频率(1 MHz)和低泵浦阈值的飞秒光参量放大器(OPA)。该OPA使用掺镱飞秒光纤激光器进行泵浦，超连续白光作为种子在β-偏硼酸钡(BBO)晶体内被515 nm倍频光放大，实现了650～950 nm范围内的可调谐输出。该OPA的最高转换效率超过20%，功率稳定性可以达到0.22%，压缩后的最短脉宽小于34 fs，当1030 nm波段的脉冲能量为300 nJ时即可实现稳定输出。相比于飞秒光参量振荡器，该系统更加简单稳定；相比常规飞秒光参量放大器，该OPA具有更低的阈值，更适合高重复频率低能量的应用场景，例如多光子成像、显微瞬态吸收光谱等。

设计一种基于AlGaInAs材料的1.3μm高速直调半导体激光器，该激光器采用脊波导、长度较短的腔和11个5 nm厚度的多量子阱结合30 nm厚度的缓变折射率分别限制异质结结构（GRIN-SCH），实现了低阈值、宽带宽和较大功率的光输出。采用均匀光栅和不对称腔面镀膜的方式实现了稳定的单纵模输出。最终制得的1.3μm高速直调半导体激光器，在室温下，阈值电流为7.5 mA，3 dB小信号调制带宽可达25 GHz，大信号背靠背传输速率可达40 Gb/s，斜率效率为0.35 mW/mA，最大输出功率约为39 mW，边模抑制比可达40 dB。

提出了一种采用低阈值技术实现的高速采样保持电路。采样保持电路采用电容翻转式架构，利用栅压自举开关技术提高了采样开关的线性度，通过下极板采样技术减小了电荷注入效应。提出的放大器与传统的套筒式共源共栅极放大器在电路结构上相同。不同点在于，该放大器采用了低阈值设计技术。优势在于，在特定工艺下通过低阈值器件补偿可实现高增益带宽放大器，提高了采样保持电路的采样速率。该电路采用0.18 μm CMOS工艺设计并流片，采样时钟频率达到了125 MHz。仿真结果表明，SINAD为90.91 dB，SFDR为91.45 dBc，芯片尺寸为0.8 mm×0.5 mm。

高阈值是实现直接电驱动聚合物激光器的主要障碍。本文采用性能优异的蓝光材料-聚芴(PFO)作为激光增益介质, 根据腔量子电动力学原理, 设计出结构合理的平面光学微腔, 通过减薄聚合物层厚度的方法进一步降低有源层材料自吸收; 采用两种不同材料体系的分布布拉格反射镜(DBR)构筑光学微腔, 减小顶部DBR制备过程中引入的额外光损耗, 获得了低损耗、高Q值的光学谐振腔; 有效调控PFO的自发发射和受激发射特性, 最终实现了峰值波长位于443 nm、阈值仅为30 mW/cm2的光泵浦低阈值聚合物激光器。

对基于808 nm端面抽运的半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模Nd∶YVO4激光器的输出特性进行研究,通过选择不同透过率的输出镜,设计一套针对不同输出功率需求的锁模激光器方案。首先系统地研究输出镜透过率对激光锁模功率和阈值的影响,当输出镜透过率为10%,抽运功率为8 W时,得到最高输出功率为2.58 W的连续锁模脉冲输出,转换效率为32.3%。当输出镜透过率为0.1%,抽运功率为1 W时,得到低阈值连续锁模脉冲输出,输出功率为0.58 mW。然后自主搭建自相关光路测量锁模脉冲,结合自相关曲线分析锁模激光器的寄生振荡情况,通过优化输出镜抑制寄生振荡,获得纯净的锁模脉冲,其脉冲宽度为13 ps,重复频率为150 MHz。

结合特殊设计的低阈值五镜折叠腔,利用垂直生长法自制的双壁碳纳米管,并将其作为可饱和吸收体在Tm,Ho∶LLF激光器中实现了连续锁模运转。在连续激光运转下,吸收抽运阈值低至59 mW,光-光转化效率为30.09%。在腔内插入饱和吸收体后,吸收抽运阈值提高至107 mW。当吸收抽运功率大于1562 mW时,激光运转进入稳定的连续锁模状态,对应锁模脉冲的重复频率为100 MHz,脉冲宽度约为515 ps;当吸收抽运功率达到2 W时,最高输出功率为234 mW,中心波长为1895 nm,对应最大单脉冲能量为2.34 nJ。

利用垂直生长法制备的氧化石墨烯(GO)作为可饱和吸收体，结合特殊设计的低阈值谐振腔，在Tm,Ho∶LiLuF4全固态激光器中实现了低阈值被动调Q锁模运转。出光阈值功率低至73 mW，稳定锁模阈值功率为663 mW，对应GO可饱和吸收体上功率密度为76.4 μJ·cm-2。典型的调Q脉冲包络重复频率为104.2 kHz，脉宽约为30 μs，包络下锁模脉冲序列的重复频率为178.6 MHz，调制深度接近100%。