设计了一种由圆形硅纳米线和涂覆石墨烯的三角形纳米线组成的混合等离激元波导结构，采用有限元方法研究了该波导中的基模场分布和亚波长传输特性。利用硅纳米线波导周围的倏逝波与石墨烯的耦合，大幅提升了等离激元波导的亚波长传输性能。研究结果表明，三角形顶角大小、间隙距离、石墨烯费米能级等对模式的传输特性有很大影响。所设计的波导结构具有强光场局域、低损耗传播和高品质因数等优点。与同类型结构相比，所设计的波导综合性能更优，有望应用于波导集成型等离激元光器件中，如调制器、纳米激光器等。

对比研究了石墨烯包裹的纳米线与金属包裹的纳米线亚波长传输特性。针对单线和双线两个结构，采用有限元方法研究了不同频率和尺寸下最低阶模式的场分布和传输特性。结果表明，当金属层厚度大于其趋肤深度时，石墨烯包裹的纳米线的基模光场约束性能更好；当金属层厚度远小于趋肤深度时，金属包裹的纳米线和石墨烯包裹的纳米线亚波长传输性能相当。相关研究结果可为等离激元材料的选择提供参考，在亚波长光子器件领域有潜在的应用价值。

提出一种由硅-绝缘体（SOI）结构与涂覆石墨烯层的纳米线（GCNW）构成的低损耗波导结构，采用有限元方法详细研究波导结构中石墨烯等离激元基模传输特性对频率、几何参数、材料参数以及石墨烯化学势的依赖关系。仿真结果表明，该波导中低折射率的SiO2介质层可实现高性能的深度亚波长光约束。得益于低折射率的SiO2介质层和SOI衬底以及石墨烯层的高折射率对比度，可获得极小模场面积的低损耗等离激元模式。所提出的波导结构为高性能和深度亚波长可调谐集成光子器件的设计提供一定的参考。

针对涂覆石墨烯层的圆形纳米线结构中模式场约束特性较差,以及难以与常用的线偏光源进行耦合,提出两种涂覆石墨烯层的双椭圆形纳米线等离激元波导,并采用有限元方法详细研究该结构中的石墨烯等离激元模式特性对几何参数和物理参数的依赖关系。仿真结果表明,双椭圆形纳米线的排列方向、纳米线间距、椭圆长短轴的比值和石墨烯化学势对等离激元模式传输性能有显著影响。所提的涂覆石墨烯层的双椭圆形纳米线结构能够实现长距离传输和亚波长约束,并在可调谐纳米光子器件和红外传感等领域具有潜在的应用价值。

提出一种基于硅衬底的涂覆石墨烯层的三角形纳米线等离激元波导,并采用有限元方法详细研究了基模传输特性及其与几何参数、物理参数的关系。结果表明:间隙区域大小、顶角角度、圆角半径和石墨烯化学势对模式传输特性有很大影响。通过优化设计,该波导结构可以实现石墨烯等离激元的深度亚波长传输,传播距离可达10 μm,同时归一化模式场面积仅约为10 ^-6。该石墨烯表面等离激元波导为可调谐纳米光子器件的设计提供了一定的参考。

提出一种由石墨烯包裹的纳米线和石墨烯层构成的石墨烯间隙波导结构,并采用有限元方法对基模传输特性及其与结构参数、材料参数等的关系进行了详细研究。结果表明:纳米线半径、间隙距离、纳米线介电常数和石墨烯化学势均对模式传输特性有很大影响。通过优化参数,这种结构可以同时实现石墨烯等离激元的长距离传输和模场的深度亚波长约束。采用石墨烯等离激元实现中红外波的深亚波长传输为突破衍射极限光子器件的设计及高密度集成提供了理论基础和指导。

为了在理论和实际中研制能够产生高效平坦宽带中红外超连续谱的光纤, 文章提出一种以三硒化二砷(As2Se3)为背景材料的微结构光纤,利用非线性薛定谔方程计算模拟了光纤的结构参数对色散、耗损与非线性特性的影响, 选取优化结构参数实现高非线性色散平坦全正常色散。采用该结构光纤对中超短脉冲的展宽机制进行分析, 研究了光纤长度、泵浦中心波长、峰值功率以及泵浦宽度等参数对超连续谱生成的影响, 并通过此光纤实现平坦中红外超连续谱的输出。搭建了实验平台, 选取优化的光纤长度和泵浦参数检测了飞秒激光脉冲在As2Se3微结构光纤中的传输过程和输出谱, 实验结果表明, 采用该结构光纤能够生成波长展宽为3~6 μm的高效平坦宽带中红外超连续谱, 此连续谱可应用在物质探测、生物化学、食品检测和环境分析等领域。

提出并分析了利用蜘蛛网结构包层空芯布喇格光纤在0.65 μm～1.55 μm和200 μm～500 μm波长范围得到低损耗传输的可能性.采用渐近转移矩阵公式所做的分析结果表明:这种光纤的传输损耗远低于构成光纤所用塑料的吸收损耗.在0.65 μm～1.54 μm的可见至近红外波段,这种光纤结构可把构成光纤所用塑料的吸收损耗抑制为1/237 000,甚至可抑制为1/1 300 000;在200 μm～500 μm的太赫兹波段,这种光纤结构可把构成光纤所用塑料的吸收损耗抑制为1/8 962,甚至可抑制为1/83 390.因此用便宜的塑料,可以在可见至太赫兹波段用这种光纤构成较长距离、较高带宽的光纤通信系统,并实现波分复用(WDM).

通过全面分析光强随波片方位角的变化从中优化出可适用于红外波段的确定波片延迟的方法。此方法只需读取输出光强的最大值和最小值,通过简单运算得到所测波片的相位延迟。以此为理论基础,建立了一套红外波片检测系统,此系统使用元件的数量较少,操作简单,重复性好,易于得到较高的测试精度。此外,从系统光源、光学元件到接收器件等组成部分分析了整个系统中各种误差源对测试精度的影响。结果表明,该系统的检测精度与波片延迟有关,并给出其关系曲线,由该曲线可知,当所测波片的延迟大于40°时,该系统的仪器相对误差在1%之内,对于常用1/4和1/2波片,仪器相对误差分别为0.2%和0.01%。该检测系统的测试精度在可见和近红外波段基本保持不变。