设计并制备了一种基于树形结构的1×8硅基热光开关，该热光开关由1个2×2和6个1×2马赫-曾德尔干涉仪的基本单元结构组成。该1×8硅基热光开关采用与互补金属氧化物半导体兼容的工艺制造。通过氮化钛加热器来改变波导的温度，利用硅的热光效应实现光开关功能。实验结果表明：在1550 nm工作波长下，该热光开关的平均片上插入损耗约为1.1 dB；所有输出端口的串扰都小于-23.6 dB；开关响应时间小于60 μs。

双晶匹配电光Q开关能够利用晶体的最大有效电光系数，大幅降低半波电压，具有重要的应用价值，但其消光比易受多种因素的制约。系统分析了影响双晶电光Q开关消光比的各个因素，建立了包含光学不均匀性、晶向偏离、两晶体温度变化、长度偏差及温差等参数的系列相位延迟公式，由此分析计算了各因素的容差范围。结果表明：光学不均匀性、两晶体的长度偏差和温差是影响消光比的关键因素；当仅考虑单一变量时，消光比与此变量的平方成反比；同时，晶体长度对消光比也有显著影响，当光学不均匀性、晶向偏离、温差一定时，消光比与晶体长度的平方成反比。制备了两种不同尺寸的双晶钽酸锂电光Q开关，实验证实长度较短的Q开关的双晶匹配质量更好，消光比更高，其消光比主要受光学不均匀性的限制。研究结果可为高消光比双晶电光Q开关的研制提供重要指导。

针对传统固态激光雷达中光束快速扫描控制响应速度和电压控制精度较低的问题，提出了一种基于透镜辅助光束扫描(LABS)技术和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的固态激光雷达测距系统。该系统采用收发一体的结构，系统中的LABS器件由1×16光开关芯片、4×4光纤阵列和透镜组成。根据LABS方案每一级只有一个光开关处于工作状态的特点，通过选择不同的发射器，将光束照亮到透镜的不同位置来实现光束的转向。光束扫描采用FPGA结合外部选通电路进行控制的方式，通过输出电压控制4级马赫-曾德尔干涉仪(MZI)型光开关工作，实现光束的快速切换。实验结果表明，该系统光束转向角度步长为0.35°，最大测距范围可达200 m，9.2 m内的测距误差约为1 cm。

提出一种相变材料辅助的非易失性硅基偏振不敏感1×2模式光开关，该器件包括偏振分束单元、偏振合束单元、定向耦合结构单元、偏振不敏感交叉波导以及模式转换单元。通过调谐相变材料的晶态与非晶态，可实现偏振不敏感的多模光开关功能。利用粒子群智能算法和时域有限差分法对所提出的器件进行优化并分析其性能。仿真结果表明，在1535~1569 nm波长范围内：输入TE₀模式时，所设计器件的插入损耗小于1.37 dB，串扰小于-13.12 dB；输入TM₀模式时，所设计器件的插入损耗小于1.61 dB，串扰小于-17.39 dB。

因磁光开关的开关速度快、可靠性高、串扰小等特点，提出一种基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达。分析了基于光纤磁光开关的时分复用全固态激光雷达的成像原理，实验测试影响激光雷达性能的磁光开关相关性能参数，包括延迟时间、开关上升沿时间、插入损耗、回波损耗。随后，基于1×8光纤磁光开关搭建了时分复用全固态激光雷达实验系统，通过磁光开关将光路切换到二维光束阵列不同位置的光纤通道中，基于飞行时间（ToF）测距技术实现了激光雷达的快速三维成像。最终，通过对空间目标构建三维点云图，验证了该雷达系统的全固态三维成像能力，实现了510.3 Hz的扫描频率和0.36°的角度分辨率，并通过微平移台可将角度分辨率提高到0.18°。与micro-electro-mechanical system（MEMS）和光学相控阵的光束成像技术相比，所设计的技术方案具有成本低、能量利用率高和光束质量高等优点。

针对波分复用?光纤无线通信（WDM?ROF）系统中采用的激光器阵列成本高、可扩展性与重构性差、生成的毫米波信号单一不可调、每个基站业务传输相同且可应用场合受限等问题，提出了基于光学频率梳（OFC）的可选频毫米波生成多业务分层WDM?ROF系统。在该方案中，采用光学频率梳作为系统的多载波光源，有利于系统的扩展与重构；在中心站（CS）预留部分光载波作为基站（BS）上行链路的光源，实现了基站上行传输的无光源化；在次级中心站（SCS）引入基于微机电系统（MEMS）的光开关矩阵，由MEMS光开关矩阵的不同种控制状态实现毫米波信号的可选频；构建具有分层结构的基站组（BSG），为每个基站提供多个业务的接入。建立了基于光学频率梳的WDM?ROF系统的理论模型，并进行了仿真研究。在仿真中获得了平坦度为0.58 dB、频率间隔为20 GHz的15线光学频率梳。在下行链路中，利用其中一种控制状态的MEMS光开关矩阵与光电探测器将两个不同的10 Gbit/s下行数据上变频，得到频率为35、45、65、95 GHz的4个毫米波信号，并根据不同应用场合分配给基站组中的两个基站（分层BSG），进行多个业务传输。经40 km 单模光纤传输后，下行和上行传输的接收灵敏度分别不低于-10.086 dBm和-17.922 dBm，对应的功率代价均小于1 dB，业务数据接收眼图均保持睁开状态。该WDM?ROF系统可以实现可选频毫米波信号产生、多个业务传输、低功率代价的高效传输。

针对高速旋转设备分布式测量需求, 设计了一种单通道光纤旋转连接器(FROJ), 并进行了性能测试。以此单通道FROJ为基础, 采用磁光开关通过时分复用方式设计了四通道FROJ, 在静态和动态条件下分别测试了其插入损耗。实验结果表明: 该四通道FROJ的插入损耗小于4.5 dB,旋转变化量小于2 dB, 在转速不超过600 r/min时可以实现光信号的可靠传输。