超级高性能(I.H.P.)SAW器件因具有优异的品质因数(Q)值及温度稳定性而备受关注。为用于宽带滤波器的研发，对双层结构(Cu电极/Y旋转5°切LiNbO3压电层/SiO2功能层/Si衬底）的I.H.P. SAW基底结构设计进行了研究。考虑质量加载效应，结合电极与压电层界面上的应力与自由电荷分布特点，采用精确的有限元/边界元法(FEM/BEM）理论进行研究。利用多层结构的连续性边界条件，计算多层复合格林函数以及谐振器导纳值，寻求谐振点与反谐振点之间最大频率差以优化基底结构尺寸。计算结果表明，对金属化比为0.5，结构周期(λ/2）为2 μm的器件，当功能层、压电层、电极层厚分别为0.15λ、0.2λ、0.037 5λ时，谐振频率点为880 MHz，反谐振点为1 018 MHz，由此可获得138 MHz的最大频率差。此结论为应用于宽带滤波器的I.H.P. SAW器件的设计提供了指导。

针对双陷波超宽带滤波器使用后向传输（BP）神经网络逆向建模存在精度较低、收敛慢、稳定性不强等问题，提出一种用改进的蚁狮算法（IALO）结合Huber函数优化BP神经网络逆向建模的方法。该方法通过将边界收缩因子连续化，引入动态更新系数以及加入柯西变异来实现对蚁狮算法的改进，并用改进的蚁狮算法优化正向模型的权值，加快建模速度，然后使用Huber函数作为神经网络的评价函数，提高了模型的精度和稳定度。将此方法用于双陷波超宽带滤波器中，实验结果表明，对比BP逆向建模方法，此方法求得的长度、宽度和频率均方误差分别减小了97.44%、99.43%和96.15%，平均运行时间缩短了66.01%，解决了逆向建模的多解问题，提高了设计滤波器的速度和精度。

基于压缩感知及深度学习理论的光谱观测编码方案存在滤光器件设计与光谱重建过程复杂、设计光谱透过率难以硬件实现等问题,因此从简化光谱观测系统的思路出发,考虑常见干涉滤光器件的制造难度,提出基于对称三对角Toeplitz矩阵的光谱透过率观测编码方案;采用矩阵理论讨论光谱观测矩阵的适定性,并采用数值仿真方法研究其容差能力。理论分析结果表明,随着光谱观测矩阵规模的增大,对称三对角矩阵的条件数增长较慢,上限可控。数值仿真结果表明,采用非负最小二乘算法进行光谱重建,并在保证特定约束的情况下,增加观测矩阵的规模对对称三对角矩阵光谱观测编码方案适定性的影响较小,仍然可以保证很高的光谱测量重建准确度。

基于宽带滤波调制的计算光谱成像技术是航空航天光谱成像遥感领域中一种极具应用潜力的新型计算光谱成像技术。目前该技术主要应用于光谱测量仪器的小型化领域,缺少针对光谱成像遥感领域的相关研究。因此,针对该技术应用于光谱成像遥感领域的可行性开展实验研究。首先简要介绍宽带滤波调制光谱成像技术的基本原理;然后针对空间光学遥感工程的实际需求,采用彩色玻璃滤光片结合工业相机搭建宽带滤波调制光谱成像的原理样机系统,并对其进行光谱成像实验验证;最后分析评价所获取的光谱图像,研究影响该技术的测量精度及其主要影响因素。实验结果表明,该技术的重建光谱准确度约为23%,获取的光谱图像边缘也较为清晰,噪声约为23 dB。

提出基于双光束二氧化碳(CO2)激光的加热方法,设计并搭建了微锥型结构的长周期光纤光栅制备系统。该系统通过精确控制CO2激光功率、加热时间、光斑大小等实现均匀加热和光纤软化,通过高精度的步进电机控制光纤微型拉锥长度和拉锥比,以产生周期性的物理形变,制备出高精度(消光比>30 dB,插入损耗<1 dB)、光谱不退化的微锥型长周期光纤光栅(MT-LPFGs)。基于级联MT-LPFGs实现了宽带全光纤滤波器。实验结果表明,设计的双级联MT-LPFGs在30 dB消光比下实现了15 nm的宽带滤波,与单个光栅相比,其滤波带宽增加7.5倍;三级联MT-LPFGs在-25 dB带阻深度下能够实现25.2 nm的宽带滤波,该滤波带宽为单个光栅的12.6倍。最后,通过弯曲实验证明了级联光栅滤波器的弯曲容限为1.183 m -1。该滤波器具有精度高、制备简单、光谱不退化等优点,在宽带滤波方面有着重要应用。

提出了一种由嵌入式环谐振腔和Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪组成的新颖带通滤波器, 嵌套环是在环谐振腔的基础上, 引入一个类似双线耦合环谐振器的外谐振环。依据耦合模理论推导出滤波器传递函数, 并分析了环的光学长度、耦合系数和内外环长度比对其影响。模拟结果证明, 通过改变结构参数, 滤波器的中心波长和带宽可调, 中心波长在1520nm~1600nm波段任意可调, 带宽调整范围可达0.2nm~102nm。且保持输出波形有较高的平坦度和较低的旁瓣, 可满足通信系统宽带及超窄带带通滤波器的设计要求。

对薄膜支撑空腔型微屏蔽传输线进行分析, 提出微屏蔽传输线的物理结构。为了验证微屏蔽传输线在毫米波应用的优势, 利用类比平行耦合微带线滤波器的方法设计了一种4阶切比雪夫三线对称结构微屏蔽线滤波器。通过对该微屏蔽腔体结构进行HFSS仿真, 得到中心频率35 GHz的宽带滤波器, 带宽15 GHz, 带内插损小于0.5 dB, 带外抑制>40 dB@53 GHz, 器件尺寸8.24 mm×1.5 mm×0.65 mm。该设计为基于平面传输线的滤波器在毫米波频段的实现提供了一种可行的方法。

超材料是通过人工方式做成的具有特殊电磁特性的亚波长周期性金属结构, 通过合理的设计样品结构, 可以实现自然界中传统材料无法实现的电磁现象。 超材料可以广泛用于电磁隐身、 完美吸收、 负折射率等研究领域, 近些年, 随着太赫兹技术的发展, 太赫兹超材料器件被广泛研究。 由于硅（Si）对于太赫兹波的透过率较高, 通常选取Si作为基底材料。 但Si硬度较高、 不易弯曲且易碎等缺点限制了THz超材料的应用。 聚合物材料聚酰亚胺具有柔性, 作为基底, 克服了传统硅基底的缺点, 透过率可以与Si匹敌, 而且其表面光滑, 适合传统光刻技术加工。 对聚酰亚胺在太赫兹波段光学性质的测试结果表明, 此种材料的折射率在1.9左右, 透过率达到80%以上。 设计了一种双开口谐振环结构, 研究了其太赫兹波透射性质以及随太赫兹波的入射角度和样品曲率的变化规律, 发现透射峰强度和峰位均不发生改变。 此结果展示了将平面滤波延伸到曲面滤波领域的可能性, 若将聚酰亚胺基底做薄, 为今后太赫兹频段隐身衣的研究提供基础。 将不同结构的两种样品叠加在一起制成宽谱滤波器, 50%的带宽达到181 GHz。 此种宽带滤波器制作简单, 滤波效果显著, 为太赫兹波段宽带滤波器的制作提供一种新思路。

提出一种基于超低折射率如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为衬底的大角度偏振无关蜂窝状空气孔型的二维硅基光子晶体宽带滤波器。结合色散关系和严格耦合波理论确定宽带工作区，分析了入射光垂直入射时硅膜厚度及空气孔径对器件性能的影响，得出适合于1.55 μm通信波长的一组优化参数，讨论了非垂直入射及偏振对器件性能的影响。结果表明，垂直入射时，可以得到透射率大于98%、110 nm以上的带宽；非垂直入射时，两偏振的共振带宽将随角度增加而减小，在入射角为18°时，透射率大于98%的共同带宽还能覆盖光通信的整个C波段(1525~1560 nm)。

基于光纤光栅的模式耦合理论，采用传输矩阵法对啁啾长周期光纤光栅(LPFG)的超宽带滤波特性进行了分析。研究表明当啁啾LPFG的纤芯模同时与同向传输的多个阶次的包层模发生耦合，且与多个不同阶次包层模对应的谐振峰交叠时，其传输谱带宽可扩展到500 nm以上，可用做超宽带带阻滤波器。传输谱带宽随模式序数、啁啾系数、光栅长度、周期和折射率调制量的增加单调递增，但随光纤包层半径的增大单调递减。采用高斯折射率切趾技术抑制了传输谱旁瓣，为设计超宽带滤波器提供了新的方法。