针对以太网数据对多模光纤传输性能要求不断提高的问题，文章从材料组成和剖面结构设计的角度，提出了改善宽带弯曲不敏感多模光纤性能的措施。一方面通过优化纤芯掺杂元素的浓度分布，降低最佳剖面折射率分布参数αopt与波长之间的敏感性，提高多模光纤的带宽特性；另一方面在芯—包界面处采用连续可调节剖面结构（内包层），该结构不仅可以减小芯层和凹陷包层粘度差对光纤性能的影响，而且还可以通过界面结构的调节，非常有效地改变高阶模的时延，消除凹陷对光纤带宽性能的影响。测试结果表明，该新结构光纤不仅具有较宽的带宽特性，还具有较低的弯曲损耗。

为明确光在离子交换制备的条形波导中的传输行为, 建立了离子交换技术制备的折射率分布模型, 在对离子交换过程理论分析的基础上, 通过计算机仿真分析了波导的折射率分布特性, 得到了此类型波导中的折射率分布沿纵向、横向分别分布呈高斯及高斯误差分布的结论, 并对其受交换宽度、深度的影响进行了分析。据此建立波导模型, 并通过有限元法对波导中光的模式进行计算, 得到了不同折射率分布下光场模式传播, 并对其特性进行了分析。此研究为通过离子交换技术制备渐变折射率波导及相关模分复用功能器件的设计工作提供了必要的参考依据。

为实现铌酸锂退火质子交换(APE)波导折射率分布的准确计算, 选择含苯甲酸锂的苯甲酸缓冲液作为质子交换质子源, 高温退火制作了波导样本。针对该工艺过程建立退火质子交换波导模型, 包括非线性扩散模块和光学数值仿真模块, 分别计算APE波导折射率及其模式有效折射率。以测得的样本波导模式有效折射率和计算的有效折射率差的均方根构建评价函数(FOM), 结合遗传算法提取该工艺条件下质子扩散参数, 实现了不同交换深度和退火时间波导折射率分布及其光学特性的一体化计算。实验表明: FOM小于0.001, 计算折射率分布同IWKB方法测得结果吻合较好, 最大偏差约0.002。

空间太阳能电站(SSPS)方案之一是采用激光束实现天-地能量传输。研究激光能量传输的可行性，需要对激光束穿过大气层的过程进行分析。理论分析并数据模拟了激光在大气层中传输的过程，分析了大气在不同高度处对激光的作用，计算了不同高度处的激光光强和分布，同时分析了相应的大气温度和折射率的变化规律。研究发现，利用激光实现大气层垂直方向上的能量传输，需要控制激光的功率密度在一定范围，以减小能量的损失，同时避免对大气产生明显影响。在一定传输功率下，可以通过增加光束口径来减小激光的功率密度。

提出了一种测量微光学元件的折射率分布及面形的方法。该方法基于双波长数字全息术，将微光学元件浸入折射率匹配液降低通过微光学元件的透射光波频率，获取微光学元件在两个不同波长照明光波下的数字全息图，并根据两个波长下的相位分布，计算出微光学元件的折射率分布，利用得到的折射率分布获取微光学元件的面形。理论分析及实验结果证明了所提方法的可行性。

采用Matlab和Comsol建立单模光纤内激光传输模型，对双包层内光纤折射率和纤芯结构对光能量分布的影响进行了理论研究。系统分析了光纤芯径与数值孔径、归一化频率和功率填充因子的关系，依据得到的结果进一步采用多模物理耦合仿真方法对不同类型的单模双包层光纤纤芯的能量分布进行仿真，探索了不同折射率分布情况对纤芯能量分布的影响。计算和仿真结果表明：凹面折射率分布光纤的光斑模场面积最大，单位面积的功率分布最低。针对大功率光纤激光器的应用需求设计了工作波长为1.064 μm、纤芯直径为10 μm、凹面直径为8 μm、数值孔径为0.12的单模凹面折射率双包层光纤，为提高光纤泵浦效率、降低纤芯的能量密度提供了思路。

研究和分析了光纤芯区径向折射率分布对大芯径光纤基模的功率传输特性(主要包括最大功率密度和等效模面积这两个参数)的影响。采用一种可适用于多种光纤实际折射率分布的独特数学表达式，研究了折射率分布形状变化时大芯径光纤基模在横截面内功率密度分布与等效模面积的变化，并将结果与阶跃型折射率光纤进行对比。计算结果表明，在传输功率相同、光纤基模与高阶模等效折射率差大于10-4的前提下，折射率在芯区中心有一定凹陷的分布可以有效降低横截面内基模功率密度的最大值，增大基模的等效模面积。这一研究为设计和制作可以传输更大功率的大芯径的无源和有源单模光纤提供了理论基础。

通过K-Na离子交换技术制备了多模玻璃平面波导.采用棱镜耦合技术测量了波导的有效折射率，用IWKB方法拟合得到K-Na离子交换波导的折射率分布符合高斯分布，由色散曲线得到单模波导的制备条件（即扩散深度范围），从而得出单模波导的离子交换时间范围，制备出单模波导，并通过求解WKB色散方程得出单模波导的表面折射率.用普通数码相机，通过对离子交换平面玻璃光波导传输线进行数字成像，根据传输线上的光强分布拟合出光强传输衰减曲线，计算出单模波导的传输损耗大约为0.4 dB/cm.