基于铌酸锂薄膜提出了一种新型的低损耗切趾光栅设计方案，在线性改变填充因子的同时根据布拉格条件对每个光栅周期进行调控。此方案不仅提高了向上衍射效率，还增加了向上衍射模斑和单模光纤模斑的重叠积分，极大地提高了耦合效率。1550 nm处对于TE模式耦合效率达到81.3%（0.90 dB），是目前已报道的基于无反射层铌酸锂薄膜的光栅耦合器设计方案中耦合效率最高的。考虑到实际工艺下波导存在刻蚀倾角，基于合理推广的布拉格条件同样对光栅周期进行调控，优化了带刻蚀倾角的切趾耦合光栅，耦合效率高达60.0%（2.22 dB）。

近年来,片上光子集成技术备受关注并飞速发展, 但在光纤与芯片、芯片与芯片上实现高效、高可靠性的光耦合仍是难题。光栅因其制作简单, 位置灵活, 对准容差大及可实现片上测试等一系列优点而备受研究者的关注。目前在绝缘体上硅(SOI)平台和绝缘体上铌酸锂(LNOI)平台上已开发出大量的光栅耦合器件, 并获得较高的耦合效率和大带宽。该文主要介绍光栅耦合器的工作原理和主要性能指标, 阐述了均匀光栅、倾斜光栅、闪耀光栅和切趾光栅耦合的特点及现阶段进展, 并对具有代表性的一维光栅性能指标进行了比较。结果表明, 分布式布喇格反射镜和金属反射镜可有效地提升光栅耦合效率。此外, 该文还介绍了基于LNOI平台的几种光栅耦合器, 其可帮助研究者们梳理光栅耦合器的发展历程、研究现状及各耦合器的特点, 为未来研究提供一定的参考。

谱合成是获得高功率激光输出的有效方法。反射布拉格光栅衍射旁瓣是影响谱合成效率的主要因素。建立了sinc切趾布拉格光栅谱合成理论模型，采用传输矩阵法，分析了光栅参数对切趾光栅衍射特性的影响，以及入射光束光谱宽度和发散角对谱合成效率的影响。计算结果表明：sinc切趾布拉格光栅可有效抑制衍射旁瓣的影响，其一级衍射旁瓣和二级衍射旁瓣的峰值分别由62%和36%下降为0.57%和0.12%。通过优化光栅参数，利用sinc切趾布拉格光栅可实现窄光谱间距、高谱合成效率的多光束谱合成。切趾后，在10 nm的带宽内，参与谱合成光束的数目由7束增加为25束。对于波长为1 064 nm和1 064.4 nm的两束光谱合成，当入射光束光谱宽度小于0.15 nm，且发散角小于0.8 mrad时，谱合成效率达90%以上。

从耦合模方程出发, 用一种矩阵方法分析了折射率调制深度误差对切趾啁啾布拉格光纤光栅传输特性的影响。结果表明: 折射率调制深度误差的分布频率越高, 光栅传输特性受到的危害越小; 误差平均幅值越高, 光栅传输特性的劣化程度越大。因此, 在光栅的制作过程中, 应注意避免和减小高幅值误差, 并注意减少低空间频率分布的误差。

根据耦合模理论,采用传输矩阵法分析了相位掩模法制作的光纤布拉格光栅的反射谱特性。设计了一种新的写制光纤光栅的光路,利用高斯激光光束写制出具有短波自致啁啾效应的切趾光栅(栅长0.015 m)。对具有短波自致啁啾效应的光纤光栅进行了物理切割(剩余光栅的长度分别取0.007 m和0.0055 m),得到了一种新型的具有长波自致啁啾效应的光纤光栅,原本的自致啁啾光栅反射谱中旁瓣分布在短波长方向,而得到的新型自致啁啾光栅的反射谱中长波长方向的旁瓣更为明显。基于对光纤布拉格光栅自致啁啾效应的分析,提出一种新型类高斯切趾函数,以此函数对自致啁啾效应进行数值模拟,得到了与实验结果相一致的光谱图。

提出一种无自致啁啾效应的切趾布拉格光纤光栅的制作方法。利用有效介质法分析了利用光栅的周期变化来消除折射率切趾导致的自致啁啾,从而得到平均折射率和交流耦合系数都没有突变的切趾光栅。与均匀周期的高斯切趾光栅相比,这种光栅几乎没有旁瓣。最后给出了数值模拟结果。