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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。

通过在一片铌酸锂（LN）晶片上设计双平行非对称马赫-曾德尔干涉仪（MZI）型光波导结构，并在光波导周围设计分段电极，实现方向相反的电光调制作用，研制出体积为78 mm × 14 mm × 7.5 mm的集成光波导电场传感器。采用LTspice仿真设计了一种跨阻抗平衡光电探测电路，利用差分法实现了抑制信号中共模噪声的作用，从而提高了电场传感器的灵敏度。实验结果表明：传感系统时域可测电场范围为33~3000 V/m，线性动态范围为35 dB，适合用于弱电场的时域测量。

本文主要研究了三维集成光学芯片中波导之间的耦合问题。我们通过全波仿真数值模拟了波导阵列不同架构情况下的电磁场分布，并分析平行波导和交叉波导间的耦合效率与波导间距、周围环境、工作波长和夹角之间的关系。波导之间的能量耦合是集成光路设计的重要参考因素。提高波导之间的耦合效率可以有效增强光学芯片的集成度。

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。

基于相对光强解调技术的阵列波导光栅型光纤光栅波长解调系统，可以实现光纤光栅传感系统中光信号的高速解调而得到广泛研究。本文从理论上详细的分析了阵列波导光栅串扰、插损、带宽对解调系统动态范围、波长分辨率及解调精度的影响，结果表明，阵列波导光栅带宽越大、解调系统的动态范围越大，但波长分辨率会有所下降；阵列波导光栅串扰越小，解调精度越高。随后本文从理论上研究了影响阵列波导光栅输出光谱带宽的影响因素，包括阵列波导光栅衍射级数、阵列波导数及喇叭口宽度等，阵列波导光栅衍射级数越小、阵列波导数越小、喇叭口开口宽度越大，则阵列波导光栅的通带带宽越大。最后，本文设计了一款基于2%折射率差二氧化硅材料体系的阵列波导光栅，它具有带宽大、损耗低、串扰低等特点，为基于阵列波导光栅的光纤光栅解调系统的研究提供了理论指导，并指明了器件及系统的优化方向。

为了获得优异的慢光性能，本文提出一种在逆时针旋转45度的完整正方晶格的中心行及与其相邻的第二行引入非本征缺陷棒的光子晶体波导(PCWs)，引入的连续腔作为电磁能量的存储器和光速减速器，用于PCWs中的慢光传输，也适用于光通信、光计算和光信号处理。采用平面波展开法研究所提出结构的慢光传输特性，分析了结构参数对慢光性能的影响，最终获得在归一化延迟带宽积(NDBP)达到0.40的情况下，带宽达到23.37nm。设计了一种简单但通用的结构，为进一步提升具有高带宽和高NDBP慢光的存储容量提供重要的理论依据。

针对传统的矩形波导窄边斜缝天线交叉极化电平高的问题，设计一种高辐射效率单脊波导脊边菱形缝隙天线。采用理论分析与电磁仿真相结合的方法研究了波导窄边与宽边比、脊深与波导窄边比、脊边宽与波导宽边比、波导宽边对缝隙谐振的影响。研究结果表明，波导窄边与宽边比、脊深与波导窄边比对谐振的影响相同，两者发生变化皆引起谐振切深深度反向变化、谐振电导同向变化，波导宽边、脊边宽与波导宽边比对谐振的影响相反，波导宽边变化使谐振切深深度、谐振电导发生反向变化，脊边宽与波导宽边比变化使谐振切深深度、谐振电导发生同向变化。根据波导几何参数对缝隙谐振的影响规律，优化波导几何参数，设计16元单脊波导脊边缝隙线阵，缝隙采用菱形排列方式以降低交叉极化电平，增益为18dB，副瓣低于-19.6dB，交叉极化电平低于-46.5dB。与传统的矩形波导窄边缝隙相比，该天线具有重量轻、交叉极化电平低的优点。

针对数据中心互连用波分复用芯片需求，采用折射率差为1.5%的硅基二氧化硅光波导，设计并制备了应用于数据中心发射端的同侧、小型化、低损耗4通道粗波分复用芯片，尺寸为6.6 mm×2.2 mm，最小插入损耗小于2.33 dB，1 dB带宽大于11.35 nm，偏振相关损耗小于0.14 dB，波长精准度偏差小于0.38 nm。完全满足数据中心光互连波分复用芯片商用指标要求。

我国航空、航天等领域的发展推动着全光通信、光信息处理等技术的不断革新。光波导器件作为关键一环,其制备工艺对性能的影响至关重要。超快激光作为一种新型的激光光源,具有极高的能量密度和极短的脉宽,这些特性使得超快激光加工后几乎无热影响区、重铸层等缺陷残留。将超快激光用于制备光波导器件已成为工业界研究的热门领域之一。本文首先阐述了超快激光与常用波导材料的微观作用机理。针对国内外学者利用超快激光制备无源光波导器件的相关研究进行系统综述,详细阐述了光路变换器、功率分配器和波导型透镜等典型无源光波导器件的超快激光制备方法和器件性能;结合当前研究进展和面临的主要问题的分析,对未来超快激光制备无源光波导器件技术的发展方向进行展望。

本文对不同波段LED激发下，聚合物SU-8/聚甲丙烯酸甲酯（PMMA）光波导进行了光吸收性能的研究。在中心波长为310 nm、365 nm、405 nm、525 nm LED以及808 nm激光器的泵浦激发下，研究了聚合物SU-8/聚甲丙烯酸甲酯光波导对1064 nm、980 nm和635 nm信号光的吸收性能。实验结果表明：聚合物SU-8波导在蓝紫光LED泵浦作用下光衰减较强，光衰减会随着泵浦光波长的红移与波导尺寸的减小而变弱，在截面尺寸为5μm×5μm，长度为2cm的聚合物SU-8波导中，当采用1064 nm激光器作信号源，50 mW的310 nm、365nm、405nm LED激发下，光强衰减分别达91.7%、48.3%、26.7%；在525 nm LED和808 nm激光器激发下，光强能够保持基本稳定；聚合物PMMA波导在LED的激发下光强无衰减现象。因此，在蓝紫光LED激发下的聚合物SU-8光波导放大器的研究中，应使用单模小尺寸波导、小功率LED泵浦来有效避免光强的衰减；在聚合物PMMA光波导放大器中更易实现光信号的放大。