等离子体相对论微波发生器（PRMG）可以产生宽带高功率微波输出，同时又具有良好的频率可调谐性，因此在雷达、通信、电子对抗和物体探测等诸多领域均具有良好的应用前景。PRMG通常采用加载环形等离子体束的圆柱波导作为其波束互作用区，工作模式为慢等离子体波TM₀₁模（下称P-TM₀₁模）。P-TM₀₁模的色散特性及其变化规律对PRMG输出性能有着重要影响。利用全电磁粒子模拟程序对加载环形等离子体束的圆柱波导中P-TM₀₁模的色散特性和场分布进行了粒子模拟和分析，获得等离子体束密度n_p、径向厚度Δr_p和径向位置r_p以及外加引导磁场强度B_z和波导半径r_w等参数对P-TM₀₁模的色散特性和场分布的影响规律。主要研究结果包括：（1）一定范围内，n_p 和Δr_p的变化对色散特性影响较大，r_p，B_z和r_w的变化对色散特性影响较小。值得关注的是，由于波导中环形等离子体束的存在，随着波导半径r_w的增加，相同纵向波数k_z对应的P-TM₀₁模的频率没有降低而是略有提高。因此，在实际应用时，可以适当加大波导径向尺寸以提高器件功率容量；适当降低磁场，则有利于提高器件的紧凑性。（2）P-TM₀₁模的纵向电场的方向不随径向位置变化，径向电场的方向在等离子体束内外两侧相反，外侧的场分布与同轴波导中TEM模相似。（3）主要物理参数变化时，场分布基本特点不会改变。但随着纵向模式数N和k_z相应增加，电场能量向等离子体束收拢，不利于波束相互作用和电磁场的耦合输出。因此为了PRMG的高效运行，束波互作用的共振点最好落在k_z相对较小的区域。上述研究结果对PRMG的设计和优化具有一定的理论参考价值。

为研制高灵敏海水盐度传感器，本文基于CO₂激光技术成功制备出一种工作在色散转折点（DTP）附近的长周期光纤光栅（LPFG）。首先，利用CO₂激光器在80 μm细单模光纤上制备出工作在DTP附近的LPFG，证明了采用CO₂激光微加工技术制备较短周期LPFG的可能性。其次，通过调控CO₂激光器的制备周期，使高阶包层模式LP_1,9工作在DTP附近，从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。在双峰谐振增敏效应的作用下，当海水盐度从5.001‰变化到39.996‰时，光栅周期为115.4 μm的双峰谐振LPFG平均灵敏度高达0.279 nm/‰。研究结果表明，本文制备的LPFG海水盐度传感器具有谐振损耗大和灵敏度高的优点，其在海水盐度监测领域具有较好的应用前景。

光学频率梳（简称光频梳）作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术（WDM）、空分复用技术结合（SDM），通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率，在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种，分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点，但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调，这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳，采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩，进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱，从而实现光频梳产生。数值计算结果表明，通过该系统，我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳，证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。

针对现有光纤无法满足宽带光密集波分复用系统传输和S+C+L波段粗波分复用的要求，设计了一种具有中心凹陷的三角形芯+环形的折射率剖面，利用外部气相沉积工艺制备了一种非零色散位移光纤，并通过调整第一芯层的相对折射率和第二芯层与第一芯层的半径比，探究了其对光纤衰减、色散斜率和有效面积等参数的影响。研究发现，当第一芯层的相对折射率逐渐增大且第二芯层与第一芯层半径比逐渐减小时，零色散波长和有效面积逐渐减小。当第一芯层的相对折射率在0.52%~0.53%，芯层半径比在2.6~2.7时，光纤的有效面积接近70 μm²，零色散波长在1 420 nm附近，在1 550 nm波段的色散系数大于8 ps·nm^-1·km^-1，色散斜率为0.059 ps·nm^-2·km^-1，可以较好地抑制传输过程中光非线性效应，满足长途干线网与城域网的使用要求。