为了对基于喇曼晶体的主要喇曼频移模和次级喇曼频移模的外腔式双波长喇曼激光器进行理论分析, 采用光场的波动方程和喇曼晶体中振动波的阻尼谐振子波方程推导出了描述基频光、喇曼光1和喇曼光2的耦合波方程组, 通过引入归一化参量对耦合波方程组进行了归一化, 并数值分析了输出镜反射率和归一化参量对外腔式双波长喇曼激光器性能的影响。结果表明, 选择对主要频移模反射率小于0.5且对次级频移模反射率大于0.5的输出镜、两个喇曼振动模的增益系数相差不大的喇曼晶体, 适当提高入射基频光的脉冲宽度可以提高次级喇曼频移模的转化效率, 可实现有效双波长运转。所提出的归一化耦合波理论可以作为分析外腔式双波长喇曼激光器的辅助工具。

利用原子层沉积技术在具有二维结构的石英玻璃上制备出二氧化钛（TiO₂）薄膜，并在不同的温度下进行退火处理。对样品的晶体结构、表面形貌、表面粗糙度以及光谱特性进行研究，结果表明：当热处理温度为200~400 ℃时，所制备的二氧化钛薄膜具有较好的锐钛矿结构，无其他杂相存在。随着热处理温度的增加，薄膜晶粒尺寸逐渐增大，薄膜折射率变大，但表面粗糙度均小于0.4 nm。研究了由单层二维结构光栅和光波导层（二氧化钛薄膜）组成的导模共振滤波器，采用严格耦合波理论分析了该装置在不同条件下的光谱特性。结果表明，通过改变光波导层二氧化钛薄膜的折射率，可以控制该装置共振波长的位置，并保持窄线宽特性。该装置的波长控制范围为946.9~967.9 nm，半峰全宽小于0.8 nm。

利用严格耦合波理论和时域有限差分方法设计了一种应用于940 nm垂直腔面发射激光器的Si基零折射率对比度光栅反射镜。对零对比度亚波长光栅(Zero-index-Contrast subwavelength Grating, ZCG)的高反射特性进行了研究，分析了ZCG实现宽带高反射的条件。此外，讨论了光栅结构参数对反射性能的影响并计算了制作公差，模拟分析了ZCG尺寸与垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL)氧化孔径尺寸对镜面损耗的影响。所设计的ZCG带宽可达280 nm, Δλ/λ0=29.8%。该反射镜可以替代VCSEL中传统的分布式布拉格反射镜，降低了工艺难度和生长成本，同时有利于VCSEL与其他Si基光电子器件的集成。

研究了一维TiO₂亚波长光栅(SWG)的衍射异常现象,具体表现为泄漏模共振效应和瑞利异常。研究表明,一定参数条件下的横磁波(TM偏振)和横电波(TE偏振)入射均会出现瑞利异常和泄漏模共振效应。在 TM偏振光情况下,会出现传统的窄带、高衍射效率泄漏模共振效应,而在TE偏振光情况下,由于多个接近的泄漏模共振峰相互叠加,故会形成宽带、高衍射效率的反射谱。采用严格耦合波理论计算了一维TiO₂ SWG的衍射效率,研究了光栅周期、高度和占空比对光栅反射率的影响。当光栅周期为0.49 μm,高度为0.25 μm,占空比为0.34时,SWG具有TE偏振选择性,在0.52 μm波段处的反射率接近1,且高反带(反射率达到99.9%以上)宽度为26 nm。优化各结构参数,得到光栅周期、占空比、高度的制作容差分别为1.6%、8.3%、2.0%,故SWG理论上可以作为垂直腔面发射激光器的反射镜。

利用严格耦合波理论分析了用于520 nm波长飞秒激光制备光纤光栅的相位掩模的衍射特性, 当相位掩模是矩形槽形时, 占宽比在0.32~0.43之间, 槽形深度在0.57~0.67 μm之间时, 能够保证零级衍射效率抑制在2%以内, 同时±1级的衍射效率大于35%。在此基础上, 利用全息光刻-离子束刻蚀技术, 制作了用于520 nm波长飞秒激光的周期为1 067 nm、有效面积大于40 mm×30 mm的相位掩模。实际制作的相位掩模是梯形槽形, 槽深是0.665 μm, 分析了梯形槽形中梯形角对衍射效率的影响。实验测量表明, 该相位掩模的零级衍射效率小于2%, ±1级衍射效率大于40%,满足飞秒激光制作光纤光栅的需要。