针对高功率脉冲半导体激光器的远场特点, 及激光制导对激光功率密度和光斑均匀性的要求, 给出多孔径空间耦合方案并对其优点进行理论分析; 针对纳米叠层芯片高功率半导体激光器偏振特性, 基于偏振复用的原理, 进行2支高功率半导体阵列激光器的偏振合束研究。通过试验得出结论: 偏振耦合后系统输出光功率几乎2倍于单个激光器输出功率, 采用多孔径耦合及偏振耦合均能满足遥控制导光斑要求。

提出了光延时反馈空间耦合半导体激光系统，研究空间耦合两激光器在光延时反馈条件下混沌的振荡频率增强与控制，给出了稳定频率失谐公式。研究表明：当单激光延时反馈时，在高水平反馈条件下，随着反馈水平的进一步增加，一个激光器混沌振荡频率增强效果明显，可达到3.57倍，另一个激光器混沌振荡频率增强可达到2.86倍；对于混沌控制窗口，即在低水平反馈条件下，两激光器可被控制到单周期、双周期、三周期等。当双激光器都有光反馈时，随着反馈程度的增加，两激光器混沌振荡频率可被进一步增强且可分别达到3倍和2.58倍以上；双激光器光反馈控制混沌的一个窗口也被发现，即在弱光反馈条件下，两激光器可被控制到单周期、双周期、三周期等。对于单个激光器光反馈系统以及双激光反馈系统从单周期模式锁定到类周期再进入混沌增频的发展路径等也给出了详细阐述。

最近几年，具有非圆对称边界形状的光学微腔，即非对称微腔，已经成为微纳光子学领域中的一个重要研究方向。非对称微腔打破了常规回音壁光学微腔的边界圆对称性，使得回音壁模式的辐射具有明显方向性，无需借助外部耦合器件即能有效地同环境交换能量，有望应用于制作集成光学器件和实现自由空间光互联。概要介绍了非对称微腔中的最新研究进展，包括高准直定向发射、高效的自由空间光激发、棘轮形非对称腔以及三维非对称腔4个研究方向，概述其基本原理并展望了未来的发展。

采用自由空间耦合的方法，激发双面金属包覆波导中的超高阶导模，通过在双面金属包覆介质波导的两个金属膜上加不同的电压，改变导波层铌酸锂的厚度和折射率，得到不同参数下的衰减全反射谱，从而验证超高阶导模的偏振不灵敏性及对导波层厚度和折射率十分灵敏的特殊性质，实验结果与理论相吻合。比较相同条件下反射率的变化，得到铝包覆波导的灵敏度要高于金包覆波导。所得结果对集成光电子器件的研制有一定的参考价值。

针对光纤的泵浦耦合问题，对由两片非球面透镜组成的接近1∶1光纤间空间耦合器进行了计算和实验验证.利用高斯光束的变化规律对光路进行了分析研究，并根据二极管输出光相干性不好的特点，对非球面透镜进行了光路追迹的模拟计算.研究发现，在泵浦光波长等因素发生变化时，利用椭球面透镜组成的耦合系统较双曲面透镜有更高的稳定性.实验中选用符合计算结果要求的非球面透镜组成耦合装置,利用一台二极管激光器(尾纤输出端面直径约200 μm，N.A.约0.2)泵浦一段芯径约200 μm(N.A.约0.42)的多模光纤，耦合装置的透过率约95%，在光纤端面有反射的条件下约90%的泵浦光耦合进光纤.

文章提出了一种基于自由空间耦合技术的电光调制器。入射光直接入射到作为耦合层的上层金属膜表面, 通过改变外加电场的场强, 控制入射光耦合进导波层的能量, 从而改变反射光的强度, 实现电光调制。该类调制器具有插入损耗小、响应速度快、稳定性高和成本低廉等诸多优点。与传统的棱镜耦合方式的聚合物电光调制器相比, 自由空间耦合技术的引入使此类电光调制器结构更加紧凑、更易于阵列化集成。

利用自由空间耦合技术,用超短脉冲激发亚毫米尺度对称金属包覆波导中的超高阶导模,提出一种脉冲展宽的新方法。由于超高阶导模的强色散性质,经过短距离的传输,即可使脉冲宽度迅速展宽。理论分析表明,1 ps的光脉冲在光波导中传输毫米量级距离后,脉冲展宽因子可达到1000倍。

基于多模大芯径光纤的端面出射光场可视为高斯分布，光纤束耦合LD各纤芯出射的光束互不相干；对光纤束耦合LD输出光束通过空间耦合光学系统后的光强分布进行了数值模拟和实验研究，模拟计算结果和实验结果的规律基本吻合。结果表明，用单个薄凸透镜组成耦合系统时，耦合后的光束在焦平面上中心光强最大，光斑尺寸最小；随着薄透镜焦距的增大，焦平面上的光斑尺寸呈线性增大，而中心光强急剧减小。

提出了一种同时测量强吸收衬底上薄膜厚度和折射率的方法。对生长于强吸收衬底上的透明薄膜,提出在该薄膜上镀一层薄金属,形成金属-薄膜-强吸收衬底的类波导结构。由于小角度入射光在强吸收衬底上具有较强的反射率,使该结构可容纳一系列共振模。利用自由空间耦合技术和导出的共振模模式本征方程,同时确定透明薄膜的厚度和折射率。实验中测量了硅衬底上制备的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜的折射率和厚度,测量的相对误差均小于10-3。该方法具有简便、可靠、可测量任意折射率薄膜的优点。