目前，在近红外波段中普遍采用InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD），但这类APD存在增益带宽积小和等效噪声高等问题，而InGaAs/Si APD采用电子、空穴离化系数极低的Si材料作为倍增层，在一定程度解决了上述问题，但其制造过程涉及Si电荷层的离子注入和高温退火激活，该过程工艺复杂、杂质分布不均匀、成本高。因此，本研究采用刻蚀技术在Si倍增层内制备凹槽环，并在凹槽环内填充不同介质对InGaAs层及Si层内的电场进行调控，构建无电荷层InGaAs/Si APD器件模型。结果表明，在凹槽环内填充空气或SiO₂可获得高性能的InGaAs/Si APD。该研究结果可为后续研制工艺简单、性能稳定、低噪声的InGaAs/Si APD提供理论指导。

光通信系统不断提升的传输速率对光电探测器的带宽提出了更高的要求。利用有限元分析软件APSYS对p区倒置型雪崩光电探测器(APD)进行设计与优化。结果表明，双台面p区倒置型 APD可将电场限制在中心区域，避免器件发生边缘击穿，器件的暗电流约为0.1 nA，最大带宽为23 GHz，增益带宽积为276 GHz。在此结构上，对双台面p区倒置型 APD的台面及层结构参数进行优化，得到最大带宽为31.7 GHz，增益带宽积为289.4 GHz的三台面p区倒置型 APD。

提出了一种基于电光效应的新型光参量放大方案,理论分析了磷酸二氘钾(DKDP)晶体增益带宽随氘化率的变化特性,研究了70%和95%氘化率的DKDP晶体在不同电场强度下的增益带宽变化特性。在885 nm中心波长处,对70%氘化率的DKDP晶体施加大小为1.67×10 5 V/m的场强时,增益带宽可从90 nm拓宽至124 nm;在808 nm中心波长处,对95%氘化率的DKDP晶体施加大小为1×10 5 V/m的场强时,增益带宽可从52 nm拓宽至68 nm。结果表明,在光学参量放大系统中,通过线性电光效应可以有效拓宽系统的增益带宽,同时可通过电光调制调节增益谱的中心波长,以进行连续波长调谐,在高能超短激光系统中具有很大的应用前景。

在全正色散光纤激光器的基础上,数值研究了不同泵浦方式对抛物线脉冲产生的影响。建立了全正色散光纤激光器的模型,具体研究了不同泵浦方式下不同的增益可饱和能量以及增益带宽对激光器输出抛物线脉冲的拟合因子、脉宽、频谱宽度和脉冲能量的影响。结果表明,后向泵浦方式下激光器能输出更大能量的抛物线脉冲,而且能在更低的增益可饱和能量下产生抛物线脉冲。后向泵浦方式的全正色散光纤激光器可以在更大的增益可饱和能量范围内保持抛物线形脉冲的输出。全正色散腔中增益光纤的增益带宽对抛物线脉冲输出特性的影响较小。

实验实现了基于钠铝硼硅酸盐玻璃的近红外PbSe量子点光纤放大器(QDFA),并在钠铝硼硅酸盐玻璃基底中,通过优化熔融-退火法的热处理条件,制备中心粒径为4.08~5.88 nm的PbSe量子点光纤。该QDFA由量子点光纤、波分复用器、隔离器、抽运源等构成。实验表明:QDFA在1260~1380 nm区间实现了信号光的放大,增益波长区间与量子点的粒径大小有关。当输入信号光功率为-17 dBm时,输出信号光增益为16.4 dB,-3 dB带宽达80 nm。实验观测到明显的激励阈值和增益饱和现象。与常规的掺铒光纤放大器以及少模掺铒光纤放大器相比,本研究的QDFA的激励阈值低、带宽大、噪声小。本研究设计的PbSe-QDFA为扩展光纤通信波段和工业化应用提供了一种新的途径。

实现了基于PbS量子点掺杂的近红外S-C-L超宽带低噪声光纤放大器(QDFA)。以紫外(UV)固化胶为光纤纤芯本底,以PbS量子点作为增益介质,由973 nm单模激光器、隔离器、波分复用器、量子点掺杂光纤等构成全光路结构,在1470~1620 nm的宽波带区间实现了对信号光的放大。结果表明:在1550 nm波长附近,QDFA的带宽为75 nm。当输入信号光功率为-23 dBm时,开关增益为16 dB~19 dB(净增益为12.26 dB~15.26 dB),噪声系数约为3 dB。实验观测到了较明显的激励阈值和增益饱和现象,确定了适用的量子点掺杂浓度与光纤长度之间的线性关系。所实现的QDFA的带宽、C波带增益平坦度、噪声系数等指标优于常规的掺铒光纤放大器(EDFAs),L波带增益平坦度略低于经优化的多光纤EDFAs。

实现了一种硒化铅(PbSe)量子点掺杂的光纤放大器(QDFA)。以直径为4 nm 的PbSe 量子点作为光纤增益介质，由量子点掺杂光纤、980 nm 单模激光器、波分复用器、隔离器等组成全光传输结构，在1250~1370 nm 的宽带区间实现了信号光的放大。实验表明：对于纤芯直径为50 μm 的多模量子点掺杂光纤，激励阈值为62 mW，-3 dB 宽带达120 nm，-1 dB 平坦带宽为90 nm，增益可达12 dB。与传统的掺铒光纤放大器相比，QDFA 的带宽更宽，增益更平坦，噪声也较低。该QDFA 为解决目前密集型光波复用(DWDM)系统对光纤通信放大器日益增长的带宽需求提供了一种新的途径。

提出了一种新的两级非共线相位匹配光参量放大方案,两级光参量放大分别采用不同的相位匹配条件,充分利用非线性晶体的相位匹配能力和增益光谱范围,可以实现增益带宽接近一个倍频程的光参量放大.并以4.5 mm厚的偏硼酸钡(BBO)晶体和波长为532 nm、强度为5 GW/cm2的抽运光源为例进行了模拟计算,结果表明,该方案可以实现波长范围在710~1190 nm、增益带宽为480 nm 的信号光放大,信号光光谱宽度达到0.75 个倍频程,再压缩后傅里叶限脉冲的时间宽度约为5 fs,约等于1.6 倍的光振荡周期.计算了光参量放大过程中的相位畸变,以及该相位畸变对再压缩后信号光脉冲时间波形的影响.研究结果可以为实现周期量级光参量放大的设计提供理论依据.