基于微机电系统（MEMS）的850 nm可调谐垂直腔面发射激光器（VCSEL），设计了一种双曲线梁结构，以提升器件机械和调谐特性。通过分析传统等截面梁结构的受力情况，提出了双曲线结构优化设计，将梁结构端面的面积增大从而降低最大应力。理论仿真结果表明：优化后器件上反射镜的最大偏移量基本保持不变，支撑梁上下表面的最大应力分别降低了23.4%和17.0%，谐振频率增大了7.9%；当MEMS-VCSEL分别为半导体腔主导（SCD）结构和空气腔主导（ACD）结构时，波长调谐范围分别为16.6 nm和42 nm。该优化方式的优势在于不需要改变激光器的结构，同时可与其他优化方式兼容，具有一定的应用前景。

为了在THz波段获得TE波下的可调谐吸收频谱, 采用全波仿真的方法, 设计了一款基于二氧化钒材料的可调谐THz吸波器, 对该吸波器的吸收频谱、电场图、表面电流图以及能量损耗图进行分析, 并讨论了结构参量h4,k以及入射角度θ对吸收频域和吸收带宽的影响。结果表明, 通过外部温控的方式改变二氧化钒谐振单元的物理特性可以获得可调谐的吸收频谱并改善吸波器的吸收性能, 该吸波器在温度T≥68℃时, 可以实现在2.70THz~3.36THz频段的宽带吸收(吸收率在90%以上), 相对带宽达到21.8%;在T＜68℃时, 可以实现多个单频点的吸收;改变结构参量h4,k可以改变吸收频点的位置以及吸收带宽, 改变入射角度θ可以影响吸波器的吸收效果。该研究对可调谐太赫兹器件的进一步探究是有帮助的。

为了在TE波下获得可调谐的吸收频谱, 设计了一款基于等离子体超材料的吸波器。采用全波仿真方法对该吸波器的吸收率和表面电流图进行了计算, 并探讨了结构参量c, v和入射角度θ对吸收率的影响。结果表明, 通过激励不同的等离子体谐振区域不但可以改善其吸收特性, 而且还能获得可调谐的吸收频谱; 改变结构参量c和v可以在实现拓展吸收带宽的同时, 使得吸收频域也发生移动; 改变入射角度θ的大小对吸收率的影响不大。该吸波器具有很好的角度稳定性。

为了在横电(TE)波下获得可调谐的超宽带吸收频谱以及在横磁(TM)波下获得较高的反射率, 利用等离子体超材料和集总电阻设计了一种电磁吸波体, 并采用全波仿真法对其吸收率、反射率、表面电场图、表面电流图和能量损耗图进行了计算, 讨论了其结构参数及电阻对吸收率和反射率的影响。研究结果表明, 通过激励不同的等离子体谐振区域, 不但能改善吸收特性, 还能获得可调谐的吸收频谱; 设计的电磁吸波体不仅能实现对TE波的超宽带吸收, 还能实现TE波和TM波的极化分离。

提出一种方案, 可改善Sagnac环微波光子滤波器的调谐特性。将高双折光子晶体光纤(HiBi-PCF)Sagnac环级联, 对其臂长误差进行定量分析。利用Jones矩阵对级联后的两种Sagnac环进行理论分析, 设定功率损耗阈值为8dB,分析级联后的Sagnac环臂长误差容限。通过改变臂长, 可实现滤波器带宽连续可调;所得滤波器的旁瓣不到0.4, 臂长误差容限可达到136nm, 带宽调谐可达0.1nm至0.02nm之间。得到的透射谱更加精确, 调谐简单、精确、应用灵活。

为了研究3维函数光子晶体的光子禁带特性, 采用平面波展开法计算得到色散曲线, 推导了平面波展开法的相关计算公式以及介质球介电常数的函数关系式, 探讨了可调参量函数系数I和介质球半径R1对光子禁带特性的影响。结果表明, 3维函数光子晶体呈立方体晶格分布, 由介质球填充空气背景; 与常规3维介质光子晶体相比, 3维函数光子晶体不仅能得到可调谐的光子禁带, 而且可以拓展禁带带宽, 并增加光子禁带的数量;改变函数系数I的大小可以实现对光子禁带数量、位置和带宽的调谐;改变介质球半径R1可以对光子禁带带宽实现展宽, 并改变光子禁带的位置。该研究对设计新型可调谐器件是有帮助的。

通过在实芯光子晶体光纤的包层空气孔中填充5CB型液晶，设计出了在室温附近具有高热调谐灵敏度的光子带隙型液晶光子晶体光纤。采用有限元方法研究了光子带隙随光纤结构参数的变化规律、光子带隙位置的热调谐特性、光纤限制损耗随包层孔圈数的变化以及限制损耗的热调谐特性。结果表明，该光子晶体光纤光子带隙的位置主要由包层孔直径决定，其限制损耗随包层孔圈数的增加而显著降低；随着温度由25.1 ℃增加至34.8 ℃，光子带隙位置和限制损耗曲线均发生红移，限制损耗的最小值位置处的平均热调谐灵敏度约为10.3 nm/℃；在光子带隙的中心波长附近，该光子带隙型液晶光子晶体光纤和相同结构未填充液晶的光纤之间具有高耦合效率。

TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱)技术以其分子光谱高选择性、 速度快、 灵敏度高、 非接触测量等难以取代的优势, 成为燃烧过程诊断等应用的首选, 可以有效用于氧气测量。 DFB(分布反馈)半导体激光器以其体积小、 功耗低、 寿命长、 线宽窄、 波长可调谐等优点成为TDLAS系统的主要选择, 而其调谐特性是制约系统测量性能的关键因素。 根据TDLAS氧气测量系统工作要求, 采用一种简单易行的实验方法对系统中用到的764 nm DFB激光器的电流波长、 温度波长和电流功率等重要调谐特性进行了测试和分析, 发现出射光谱窄线宽、 高边模抑制比和宽波长可调谐范围等特点明显, 电流波长调谐曲线近似但并非严格线性、 调谐速率约0.023 nm·mA-1, 温度越高阈值电流越大、 PI曲线也并非严格线性, 温度调谐特性曲线线性较好、 波长温度调谐速率基本保持恒定约为0.056 nm·℃-1。 可见各种调谐曲线的非线性失真比较明显, 影响氧气测量精度。 温度调谐非线性可以通过温控精度的提高来消除, 电流功率调谐非线性可以通过设置参考光强来消除。 为了进一步解决电流波长调谐非线性问题, 根据DFB半导体激光器的调谐机理和电流波长测试结果的多项式拟合, 考虑通过DA控制注入电流的方式对电流波长调谐非线性进行补偿。 这种方法针对不同激光器只需在系统初次工作之前进行一次多项式拟合, 方案合理、 实现简单且不影响测量过程。 实验证明, 补偿之后的λI曲线线性拟合残差小于1 pm, 远小于补偿前的22 pm, 效果明显, 为氧气各种参数TDLAS精确测量和反演提供了依据。

利用激光干涉光刻和金纳米颗粒胶体溶液制备了宽度在100 nm以下且总面积达到平方厘米量级的金纳米线光栅结构.制备过程中，首先在表面镀有厚度约为200 nm的铟锡氧化物薄膜的面积为1 cm×1 cm的玻璃基片表面旋涂光刻胶，然后利用紫外激光干涉光刻制备光刻胶纳米光栅结构.有效控制干涉光刻过程中的曝光量、显影时间，获得小占空比的光刻胶光栅.再以光刻胶纳米光栅作为模板，旋涂金纳米颗粒胶体溶液.充分利用金纳米颗粒胶体溶液在光刻胶表面浸润性差的特点，限制旋涂后留存在光刻胶光栅槽中金纳米颗粒的数量，从而达到限制金纳米线宽度的目的.最后在250℃将样品进行退火处理5 min.获得了周期为400 nm且占空比小于1: 4的金纳米线光栅结构，其有效面积为1 cm2.以波导共振模式与粒子等离子共振模式间耦合作用为特征的光谱学响应特性验证了波导耦合金属光子晶体的成功制备,为小传感体积新型生物传感器的开发提供了性能良好的金属光子晶体芯片.