基于三明治结构和绝热耦合器，设计了一种分光比可设计的偏振无关光功分器，对波长为1550 nm的光信号实现所需分光比的功率分配。通过调节三明治结构中间层材料SiN_x的折射率，使同一波长下横电（TE）和横磁（TM）偏振模的分光比相等，实现偏振无关，通过改变绝热耦合器波导间隙的不对称性，获得可设计的分光比。运用三维有限时域差分方法，对器件进行建模仿真，最终结果表明：所设计的器件耦合长度仅为7 μm，可设计分光比的最大范围为0.50~0.95，同时支持TE和TM偏振模，插入损耗均低于0.31 dB，分光比容差在±0.01内的带宽可达100 nm，在未来光子集成光路系统中具有潜在的应用价值。

四级脉冲幅度调制(PAM4)在高速串行链路系统中的地位日益提高, 受到越来越多的关注。传统的行波马赫-曾德尔调制器(TWMZM)的分光比为1∶1, 文章提出了一种非对称光强的行波马赫-曾德尔调制器(Asymmetric Power TWMZM, AP-TWMZM), 并对输入端分光比进行独立推算, 得到分光比的值为4∶1。Lumerical软件的建模仿真结果表明, 在插入损耗和消光比与TWMZM相当的情况下, AP-TWMZM具有更高的调制效率和更好的线性度, 其线性度高达0.948。

采用光纤结构产生线性调频信号的稳定性容易受实验器材和环境因素的影响，导致产生信号的幅相特性发生变化，进而影响到光子时间拉伸相干雷达系统的探测性能。主要分析了实验器材和环境因素对线性调频信号探测性能的影响，包括光纤耦合器分光比、滤波器中心波长偏移及干涉臂的延时扰动等因素。通过仿真不同条件下产生信号脉冲压缩后的峰值功率和距离分辨率，与理想情况下的脉冲压缩结果进行对比，得到各因素的影响情况及保证探测性能的参数范围，可以为光子时间拉伸相干雷达的设计与实现提供参考。

光学器件应用于集成光路中尺寸必须足够小，传统耦合分束方式需较长的耦合距离，尺寸不易控制在较小范围内。采用耦合区域增加可变介质柱可以有效减小耦合距离，在完整的光子晶体中引入直波导，并且在直波导的出射端设计成3个波导出射口，其中两侧出射口结构完全相同。利用时域有限差分法分析，结果表明: 通过改变直波导间耦合区域的介质柱大小可实现控制光波功率分配的目的，从而实现了波导传播过程的分光比。

光通讯网络监控系统中的分光探测器用于检测光信号的流量,在通信和信号检测领域具有非常广泛的应用。为满足器件使用需求,采用离子束辅助沉积(Ion beam aided deposit, IBAD)技术,对在1260 ～ 1620 nm波长范围内透射、反射能量分光比为50:50 的分光探测器薄膜进行了研制。主要分析并解决了镀膜材料光学常数计算的问题,通过建立误差函数,优化并降低镀膜材料光学常数计算的误差。在设计分光探测器薄膜时,通过增加虚设层来平滑光谱曲线,同时降低膜厚的敏感度,也降低了制备工艺的难度。制备的分光探测器薄膜在1260 ～ 1620 nm波 长范围内透射、反射分光比小于 50:50(±0.5%), 满足分光探测器指标参数要求。

为了进一步提高零差相干光通信系统的接收灵敏度, 对空间光混频器的信号光分光比进行了优化。根据零差相干通信系统数学模型, 推导了信号光分光比和环路相位误差、通信误码率的数学表达式, 经过计算分析可知当光混频器Q支路的信号光满足锁相环要求时, 可通过提高I支路信号光分光比来降低误码率和提高接收灵敏度。在分光比优化后光混频效率提高了53.5%, 通信探测灵敏度提高了3 dB。利用VPI软件进行建模仿真, 得到不同分光比下系统的眼图和相位噪声功率。仿真结果显示, 探测灵敏度提高了2.83 dB。最后, 搭建了零差相干光通信桌面实验系统, 研究了空间光混频器分光比和系统误码率、锁相环工作的影响规律, 当分光比由0.5减小至0.2时, 系统误码率由3.53×10-9下降至4.25×10-10, 当分光比为0.1时, 锁相环失锁, 误码率为1。实验结果基本符合理论和仿真结果, 所得分光比的影响规律和优化结果将为空间零差相干通信系统的研制提供技术参考。

基于熔锥型光纤耦合器在拉锥过程中光纤锥形的渐变特性和光纤之间熔融度的变化特点, 构建了光纤耦合器在拉制过程中波导结构的变化模型.利用光束传播法对耦合器的拉制过程进行数值模拟, 得到耦合器输出光功率随拉伸长度的变化规律以及耦合器的能量分布图.理论模拟和实验结果表明, 光纤间熔融度与制作耦合器时的氢气流量及拉伸速度有关, 氢气流量大, 拉伸速度小, 熔融度就大；光纤之间的耦合作用与拉伸长度及熔融度有关, 拉伸长度增加或熔融度增大, 都会使光纤间的耦合更加显著；拉伸长度不大时, 锥形区的耦合可以忽略；随着拉伸长度的增加, 光纤变细, 耦合作用逐渐增强, 锥形区的耦合现象越明显, 同时光场也逐渐由纤芯向外发散, 产生附加损耗.

为了描述保偏光纤耦合器的分光比、附加损耗对输入光偏振态较为敏感的问题, 提出了强度传输矩阵的概念, 利用强度传输矩阵分析方法可以解释分光比和附加损耗随偏振态的变化规律。针对强度传输矩阵的概念, 进行了理论分析和实验验证, 搭建实验系统测量出耦合器的损耗、分光比以及偏振串音, 将测量数据代入到快慢轴的理论方程中进行计算可以得到耦合器的强度传输矩阵参量, 并且代入到圆偏振光注入情况下的方程中, 进行了相应的实验验证。结果表明, 强度传输矩阵参量对于描述保偏光纤耦合器的偏振特性具有重要的参考意义。

通过数学建模, 对构建光二分路器规格体系的相关技术参数及其关系做了分析与研究, 给出了构建光二分路器规格体系和设计规格表、确定主要技术参数的原则和方法, 设计制作了光节点信号电平最大允许改变量ΔP=±0.2dBm时的规格型光二分路器技术规格参数表, 并通过实际应用证明了其合理性。实际网络设计中, 要求光节点电平最大允许变化量|ΔP|一般都不会小于0.2dBm, 所以按照规格表设计制作的器件通常都能满足实际应用的需要。