研究和开发基于超短波和低能量激光系统的高振幅、 宽频带的太赫兹系统一直是太赫兹应用领域的一个热点。与传统电光晶体材料相比, 以电光聚合物薄膜作为太赫兹波产生和检测的最大的优势在于: 一方面电光聚合物不具有晶格结构相应的不存在声子的吸收和太赫兹折射率的散射问题, 避免光谱间隙的产生; 另一方面电光聚合物薄膜与已用于宽频太赫兹系统中的超薄电光晶体材料相比, 更易于加工和处理。另外, 可以自行设计得到低相位失配和高电光系数的电光聚合物材料, 得到高效率和宽频带的太赫兹辐射源。可以预见, 电光聚合物在这一领域的应用必将有宽阔的发展空间和学术研究意义。介绍电光聚合物的电光效应及二阶非线性生色团合成等相关理论问题基础上, 综述了近二十多年来, 电光聚合物在基于全光技术实现太赫兹波产生与检测系统中的研究进展, 主要包括: 掺钛蓝宝石飞秒激光激发下, 共聚型和主客体型电光聚合物实现太赫兹波产生与检测; 光纤飞秒激光激发下, 主客体型电光聚合物实现太赫兹波的产生与检测。

分析了改进后的共面插指电极在高场强下的电场分布，验证了插指电极结构用于制作电光聚合物薄膜器件的可行性。基于插指电极薄膜器件在极化过程中电场分布的不均匀性，建立了关于电极间距、聚合物厚度、电场分布的三维模型，得到了不同极化电压下的平均场强。为了测试插指电极薄膜器件的电光系数，对三明治结构器件的椭偏透射测量电光系数方法做了改进。在相同电场下，对比了共面插指电极薄膜器件与三明治结构薄膜器件的电光系数，结果表明薄膜器件结构的变化不会引起薄膜本身电光系数的改变。

M-Z光波导是有机聚合物电光调制器的重要结构单元。将有效折射率法与二维差分束传播法相结合,利用有效折射率法计算了聚合物脊形波导的横向折射率分布及有效折射率。由Maxwell方程出发,结合辐射透明边界条件,采用Crank-Nicholson差分格式,得出有限差分束传播法的计算格式。通过对M-Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析,研究了以IPC-E(20wt%)/PSU作为芯层材料的脊形M-Z波导,并对其结构进行了优化设计,得到了较为满意的结构参数。

利用变分有效折射率法计算了TE基模和高阶模的光场分布，计算结果表明，该方法计算量小，精度高，为聚合物集成光电子器件中脊形光波导的理论分析与优化设计提供了简单高效的途径。利用有限差分束传播法对Mach-Zehnder波导的传播及损耗特性进行了理论分析，得到了不同Y分支角、波导宽度、波导间距时波导传输功率与距离的关系，优化得到的结构参数为：Y分支角1.1°，脊宽5 μｍ，波导间距20 μｍ。

利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布,将三维光传播问题简化为二维问题;从导模满足的标量波动方程出发,采用慢变包络和傍轴近似,得出传播光场满足的单步传输约束关系;运用微分算子的级数展开得到相应的递归公式,考虑微分算子的差分近似得出基本的计算格式;运用对称矩阵的相似变换对算子展开法进行加速处理。在此基础上,对马赫-曾德尔(M-Z)型光波导中TM模的传播特性进行理论分析,研究了脊宽、分支角等结构参数对插入损耗的影响。研究表明,算子展开束传播法可以较好地解决聚合物脊形M-Z波导的理论分析和设计问题。该方法精度高、计算量小,为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。

聚合物波导器件的稳定性是影响其实用化的一个关键问题。聚合物波导器件的热稳定性是由波导层(聚合物材料)的热稳定性决定的。采用侧链型和交联型聚氨酯材料分别制成波导电光调制器研究波导器件的热稳定性,热稳定性的判断依据是通过对聚合物调制器升温过程中测量器件的电光性能的变化。研究结果显示两种器件在常温时具有相同的电光性能,在器件升温过程中发现交联型聚氨酯调制器比侧链型聚氨酯调制器有优异的热稳定性。

提出并设计了一种基于电光聚合物的锥形波导,可用于单模光纤与电光聚合物波导器件之间的连接。锥形波导中采用了宽度锥形和折射率锥形结构。宽度锥形采用劈形形状,通过宽度和折射率的缓慢变化实现模场转换。劈形形状的宽度锥形具有较小的损耗且易于制作,折射率锥形可采用灰度掩膜光刻技术制作。研究了锥形波导的传输损耗与锥形波导的长度、波导宽度和厚度、材料吸收损耗等参数的关系及其优化,分析了锥形波导中的功率传输、模场分布与模式转换效率。结果显示锥形波导的传输损耗小于0.37 dB,光纤波导光纤的连接损耗优于1.62 dB,对插入损耗的改善达到8.78 dB,模场转换效率达到了83.7%。

根据聚合物脊型波导的结构特点，利用有效折射率法求出其横向折射率分布，将三维传播转化为二维传播，并从标量波动方程出发，在傍轴近似的情况下，采用Crank－Nicholson差分格式，得到了泰勒级数展开法基本计算格式，并对算法进行了适当优化；通过对Mach－Zehnder光波导TM模的模拟，分析了各种参数对损耗的影响。结果表明：泰勒级数展开法具有精度高、稳定性好、算法简单、易于编程等优点，是一种比较理想的光波导数值分析方法，可为聚合物电光调制器的设计制作提供理论参考。

M－Z光波导是聚合物电光调制器的重要结构单元。利用有效折射率法计算聚合物脊形波导的横向折射率分布，将三维光波场传播简化为二维传播。从导模满足的标量波动方程出发，结合透明边界条件，采用Crank－Nicholson差分格式，得出有限差分束传播法的基本计算格式。通过对M－Z型波导结构中TM模的传播及损耗特性进行理论分析，系统地研究了脊宽、分支角等结构参数对损耗的影响。研究表明，有效折射率法与二维有限差分束传播法的结合可以较好地解决脊形M－Z波导的设计问题。该方法具有精度高、计算量小及效率高等优点，为聚合物电光调制器的制备提供了理论依据。

电光聚合物材料通常采用带栅极的电晕极化技术进行处理.本文通过求解泊松方程分析电晕极化过程中聚合物内外的电场分布.将平衡状态与样品表面电位相联系,得到了平衡状态时的外部极化电流.在假定自由空间电荷的影响可以忽略的情况下,得出了外部极化电流与内部极化状态之间的简单关系.这可以在一定程度上反映极化取向的状态.