为了实现高集成度和高稳定性的三维光学芯片，必须对三维空间波导的耦合特性进行系统研究。本文主要研究三维集成光学芯片中波导之间的耦合问题。通过全波仿真的方法数值模拟波导阵列在不同架构下的电场分布，并分析平行波导间和交叉波导间的耦合效率与波导间距、周围介质折射率、工作波长和夹角之间的关系。在平行波导中，当两个SiO₂基片上波导之间的中心间距为0.76 μm和耦合长度为72.5 μm时，垂直方向上波导间的耦合效率达到0.997。在交叉波导中，波导之间的耦合效率对波导夹角很敏感，当夹角大于10°时，波导间不发生耦合，可以通过调整波导间的夹角来控制波导之间的耦合。

设计一种偏振不敏感、制作简单的一维双频吸收器, 该吸收器一个周期阵列中采用垂直方向上级联四对金属介质层。仿真结果显示, 可以实现偏振不敏感的双频吸收, 其吸收原理是根据磁激元共振对TM偏振波吸收和波导模式共振对TE偏振波吸收, 通过LC等效电路和本征方程来预测结构参数, 以及对电磁场分布进行分析来进一步了解吸收器的吸波原理。更重要的是, 一维偏振不敏感结构的吸收器对TM、TE偏振波的吸收是独立的, 且临近的金属-介质之间的距离对波的吸收影响很小, 这样使设计更加自由、灵活, 制作更加简单, 灵活性高, 覆盖的电磁波范围增大, 可以延伸到微波频段和太赫兹频段。这样的一维偏振不敏感双频吸收器的研究对以后实现一维偏振不敏感宽带吸收器有很大的意义,它将会应用到很多设备当中去。

免标记、实时、高灵敏的生物检测是分析生物领域重要的技术。利用光波导模式理论构建生物传感器模型，设计了基于MEMS微镜的小型化生物传感检测系统，测试并分析了MEMS微镜的动态响应特性。通过计算仿真，得到了灵敏度与波导厚度和有效折射率之间的关系。以TE 模式和TM 模式进行葡萄糖溶液检测，实验结果表明，溶液浓度与入射角间呈现出良好的线性关系，灵敏度可达到5 ng/mL，相比传统的免疫学检测方法具有较高灵敏度。该方法由于检测系统体积小、结构简单、无标记，可实现原位检测，避免了对蛋白质活性的破坏，是一种具有较大潜力的蛋白质无标记光学检测方法。

运用非截取地把非傍轴激光束变换到傍轴的技术对GaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器的等效光束质量进行了测量,实验测得垂直于结平面方向上的等效光束质量因子小于1。同时, 用波导模式理论和非傍轴矢量矩理论对其光束质量进行了初步的理论分析和计算,理论结果和实验结果基本符合。

对新型光波导阵列电光快速扫描器中的光波导效应进行了研究,分析了考虑光波导模式效应的光波导阵列电光快速扫描器的扫描特性,指出光波导模式特性主要影响新型光波导电光快速扫描器的扫描范围和效率,并研究了在应用该器件进行光束扫描时的技术要求.

运用波导模式理论和光束传输的非傍轴矢量矩理论,对GaAs/AlxGa1-xAs条形隐埋异质结半导体激光器TE00模的光束质量进行了理论研究.着重分析了平行于结平面方向上的光束质量因子与有源层宽度的关系.结果表明平行于结平面方向上的光束质量因子随有源层宽度而波动,这一结果可作为有源层宽度合理设计的参考.

用转移矩阵方法对680nmGaInP/AlGaInP应变多量子阱激光器的波导模式作了分析和计算。根据非傍轴光束传输的矢量矩理论，对该激光器垂直于结平面方向上的光束质量因子M2⊥进行了理论计算，结果表明M2⊥小于1，和实验结果相符合。这一结果有助于认识半导体激光器垂直于结方向上光束的内在本性。