采用光束传播法对双芯光子晶体光纤中光纤结构参数对纤芯间耦合效率的影响进行分析。首先，根据双芯耦合原理，使用最小二乘法对波导间的耦合系数等参数进行估计，明确孔间距、纤芯折射率差、中央空气孔直径比例、纤芯直径比例、空气孔直径比例和空气孔对称度等参数对双芯光子晶体光纤耦合比及耦合区长度的调节作用，提出一种基于双芯光子晶体光纤的耦合器性能粗调与微调设计方法。然后，根据这一耦合器设计方法，提出一种非对称的双芯光子晶体光纤宽带定向耦合器。该耦合器在1.31~1.55 μm区间实现了50%±5%的耦合比，带宽为240 nm，并具有3 mm的超短耦合长度。本研究成果可为光纤宽带定向耦合器的高效设计提供有意义的参考。

为满足高功率微波测量需求, 设计一种 X波段宽带的波导定向耦合器。为达到宽带设计要求, 该耦合器采用多孔耦合结构, 利用切比雪夫分布函数得到每组耦合系数, 同时修正耦合臂引入的截止衰减影响, 根据耦合理论得到每组小孔的初始尺寸, 最后基于软件优化后得到满足预期设计要求的宽带耦合器。根据仿真结果, 该耦合器在 8.2~12.4 GHz频带范围内的耦合度为 40 dB, 带内波动小于 1 dB, 方向性优于 30 dB, 连续波功率容量达到 0.84 MW; 实测耦合度为 38~ 39 dB, 端口反射小于 -20 dB, 可满足 MW级高功率微波脉冲测量系统的应用需求。

为了探究非对称耦合器的特性, 利用具有折射率差异的两根光纤制作了宽带耦合器。采用数值计算模拟了不同折射率差光纤耦合器的光场分布以及输出光功率随拉伸长度的变化曲线, 并分析了两种宽带耦合器的带宽差异以及熔融度对功率转换比的影响; 采用光束传播法, 通过仿真模拟得到了理论带宽。结果表明, 耦合的功率转换比随两根光纤的不对称情况而变化, 功率转换比调节到耦合器分束比的大小时, 耦合器带宽最宽; 熔融度对宽带耦合器分束比有一定的调节作用; 3dB光纤耦合器在C+L波段波长响应平缓, 带宽范围达到150nm; 分束比3∶7和1∶9的耦合器带宽范围分别是210nm和330nm; 分束比1∶99的耦合器带宽范围是420nm。此研究结果对制作非对称宽带耦合器提供了参考依据。

保偏光纤耦合器在**领域和民用市场应用广泛，但是常规保偏光纤耦合器的带宽较窄，不可能完全满足多种光源的使用要求。为了达到更多用户的使用要求，需要研制一种宽带保偏光纤耦合器。根据熔融拉锥型宽带光纤耦合器的原理和光纤电磁理论，对熔融拉锥的工艺进行了改进，结合多年的保偏光纤耦合器的制造经验，并根据试验事实，实现了常规熔融拉锥型宽带保偏光纤耦合器的制作，对产品进行了测试，带宽参数能够满足多种光源的使用要求，完成了预期研究目标。

介绍了全光纤熔融拉锥型3 dB宽带耦合器的理论设计，根据理论设计制作了样品。应用耦合模理论分析了全光纤非对称熔融拉锥型耦合器的宽带特性；提出了3 dB宽带耦合器的制作方案，在此基础上制作了样品；对样品进行测试，样品带宽大约为300 nm(在1300 nm～1600 nm波长之间)，附加损耗小于0．5 dB，完全达到了实用化的要求。

提出了一种适合于宽带光波导耦合器的抗偏振变动、抗温度变动的优化设计理论和方法。使用该理论和方法,在1490～1610 nm带域上,对氟化聚酰亚胺光波导做了3 dB耦合器的消偏振和温度依存设计。器件经三维波束传播法(BPM)模拟运行验证,结果表明,120 nm带宽上,在-10～40 ℃的环境下,两个正交偏振态均实现了(50±0.8)%功率输出比的良好特性。