提出一种具有模式保持功能的片上模式分离器方案。该方案基于多模干涉耦合器（MMI），通过在MMI多模区加入微型热电极，并通过合理设计热电极的位置和精确控制热电极的加热温度，实现TE0、TE1和TE2三种模式的分离，其插入损耗均低于1.06 dB，模式串扰均低于-15.38 dB。该方案具有模式分离数量多和可扩展的优势，可被广泛用于信号处理系统和通信系统中。

低半波电压电光调制器是实现大规模光电集成的关键。文章提出了一种半波电压低于1.5V的薄膜铌酸锂马赫-曾德尔(Mach-Zehnder，MZ)电光调制器，选用绝缘体上单晶薄膜铌酸锂材料作为设计基础，分析了直波导、多模干涉耦合器、弯曲波导和调制臂等结构对电光调制器的影响。结果表明，当调制臂长为3mm时，该薄膜铌酸锂电光调制器具有1.05V的低半波电压、0.319dB的低损耗和27dB的高消光比。同时，该调制器半波电压长度积为0.315V·cm，调制效率高，具有与CMOS技术兼容的半波电压，有利于大规模光电集成。

提出了一种基于光子晶体和纳米线波导的马赫-曾德尔型调制器.该调制器由硅基光子晶体平板波导、纳米线波导和光子晶体多模干涉耦合器(MMI)构成。在光子晶体与纳米线波导连接处采用了锥型结构，用于减少模式失配造成的损耗。利用时域有限差分法(3D-FDTD)进行仿真分析，结果表明，该调制器在工作波长1550 nm下的插入损耗为0.3 dB，消光比为15.1 dB，器件尺寸仅46 μm×8 μm×0.22 μm，调制带宽可以达到68 GHz，且工作区域覆盖了以1551 nm为中心波长20 nm的通信波段。该调制器结构紧凑，易于集成，可应用于高速光通信系统。

采用三维结构光子器件可以实现多维度的空分复用，即并行处理多路信号，从而增加传输容量，提高集成密度。文章根据三维多模干涉耦合器的自成像原理，设计了一种易于集成的三维模式转换分束器。该分束器可以将输入的基模光场转换为3个基模光场和3个一阶模光场输出。用聚合物材料设计并优化得到多模波导的长、宽和高分别为3 398.17、50.00和29.37 μm。模拟结果显示，在1 550 nm波长时的总传输效率为85.5%，其中基模输出光场的传输效率为28.9%，最大不均衡性为0.010 dB；一阶模输出光场的转换效率为56.6%，最大不均衡性为0.004 dB。

提出了一种基于硅基槽波导的级联多模干涉(MMI)耦合器型偏振分束器,由锥形及矩形结构MMI耦合器构成.级联结构使器件长度无需为两偏振模自镜像长度的公倍数,不仅能有效减小器件尺寸,而且提高设计灵活性.同时,利用槽波导的高双折射特性及MMI耦合器的锥形结构,可进一步缩短器件尺寸.分析结果表明,所提器件能够有效实现偏振束分离,两级MMI工作区总长度仅为42 μm,准TE与准TM模的偏振消光比分别为29.8和31.4 dB,1.55 μm波长下的插入损耗分别为0.395和0.699 dB,偏振消光比大于20 dB时光带宽为43 nm,覆盖整个C波段.最后,详细分析了器件关键参数的制造误差对器件性能的影响.

为实现高效率、小型化、可调谐、室温下稳定运转的半导体太赫兹(THz)波源，提出了采用光子集成技术，将两个并联的分布反馈(DFB)激光器与无源多模干涉耦合器(MMI)集成，输出THz 拍频抽运光束的方案。两DFB 激光器的光栅布拉格波长设计偏调为4.8 nm(0.6 THz)，通过改变集成器件中DFB 激光器的注入电流进行波长调谐，每路DFB 能够达到3.9 nm 的波长偏调。将拍频光束通过单模光纤耦合到频域分辨光学门(FROG）中对THz 拍频光束空间拍频包络进行测量，在不同的DFB 区注入电流下，证实了集成芯片在0.184~1.02 THz 频率调谐范围内可室温连续输出用于产生THz 波的有效THz 拍频光束。

采用选择区域外延生长技术和对接再生长技术，设计并制作了10信道分布反馈激光器阵列与多模干涉耦合器的单片集成器件。器件中采用了新的技术，集成了钛薄膜热电阻用于波长调谐。集成器件烧结到热沉上后，在25 ℃温控条件下测试，激光器阵列的平均信道间隔为1.29 nm，阈值电流为22~30 mA；当激光器注入电流为200 mA，各信道的平均出光功率为0.5 mW。集成热电阻的调谐效率约为5 nm/W,通过施加合适的热电流调谐,该集成器件可以覆盖34路信道间隔为50 GHz的波长范围。集成器件可单波长选择输出，也可10信道同时运作合波输出。

在密集波分复用系统中，多波长DFB激光器阵列与多模干涉耦合器集成光源器件具有重要的应用前景.为了研制多波长集成光源中的宽带可用低损耗光耦合器,利用三维有限差分光束传播法仿真设计了一种具有强限制作用的InP/InGaAsP材料的多模干涉型耦合器.输入/输出端波导均采用楔形结构以降低多模干涉型耦合器的插入损耗,提高各个输出端口的出光平衡度.根据仿真结果,结合波导芯层为采用外延生长设备,采用反应离子刻蚀工艺制作了1×乘4多模干涉型耦合器.利用自动对准波导耦合测试系统对所制作器件的插入损耗和出光平衡度进行测量.测试结果表明,该器件在1 550 nm波长附近的40 nm带宽范围内获得了约2.6 dB的通带平坦度,在1 550 nm通信波长处,器件的插入损耗低于10 dB.