光学相控阵技术通过调节和控制光学天线阵元的相对相位，可实现高速灵活的定向辐射，逐渐发展成为非机械式光束控制的主流方案。其兼具功耗低、集成度高、体积小、质量轻等优点，可以同时控制多波束的收发，满足未来一对多激光通信的迫切发展需求。本文主要针对光学相控阵技术当前三种主流的技术方案在激光通信领域的应用现状进行阐述，对比给出了基于液晶、微机电系统和集成光波导平台的技术特点和应用优劣。最后针对光学相控阵技术在激光通信领域的未来发展，给出了笔者的一些思考与建议。

采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器，通过对外延结构的设计优化，以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5 μm、腔长为1500 μm，在25 ℃测试温度下，可获得422 mW最大连续输出功率，峰值波长为973.3 nm，光谱线宽（FWHM）为1.4 nm。当注入电流为500 mA时，垂直和水平远场发散角（FWHM）分别为24.15°和3.90°。在15~35 ℃测试温度范围内对脊形半导体激光器的水平远场发散角进行测试分析，发现随着测试温度的升高，器件远场分布变化较小，水平远场发散角基本维持在3.9°左右。

光电互联技术在光电通信、光电导航等**领域，高性能处理器以及民用通信等领域有着独特的优势。对于目前高性能计算和高速率通信系统中，无论是板到板还是板内各模块之间的链路，对更高带宽的需求持续增加，光电互联可代替传统电互联解决这一问题，同时降低系统成本与功耗，使系统微型化、高性能化。光电互联技术按光传输介质可分为自由空间光互联技术、聚合物光波导光电互联技术、光纤光电互联技术三类。简要介绍了光电互联技术的定义与三类光电互联技术，阐述了国内外聚合物光波导光电互联技术与光纤光电互联技术的发展动态，讨论对比了三类光电互联技术优缺点，指出了该领域的关键技术与发展趋势，为我国在该领域未来的研究方向提供参考。

从非连续介质波导构造的光子双势垒模型出发，建立了光子的双势垒量子贯穿理论，给出了光子穿透双势垒的量子概率公式。同时从解析和数值仿真两个角度分别讨论了行波光子和隐失波光子产生共振穿透效应所需的物理条件，研究了光子穿透概率与双势垒的几何尺寸、波导填充介质的折射率以及光子频率之间的依赖关系。比较不同物理条件下的仿真曲线，概括其物理规律。尤为重要的是，当双势垒由截止波导构成时，频率或双势垒结构参数发生细微变化会对光子穿透概率产生极大的影响。基于这些物理规律，初步探讨了光子的量子共振隧穿效应在一些光学器件设计中的潜在应用，重点研究了其在激光测距技术中的原理设计。

飞秒激光直写光波导是实现三维光子集成芯片（PIC）的重要技术手段。PIC集成度的提升受弯曲波导曲率半径的限制。为了实现大曲率低损耗弯曲波导的飞秒激光直写，提出多次激光修饰增强波导芯层与包层折射率对比度的方法来优化芯层的横截面折射率分布。在20 mm曲率半径下，实现S型弯曲波导低至0.64 dB/cm的弯曲损耗。该方法在降低弯曲波导损耗方面拥有巨大潜力，对于提升PIC的集成度具有重要意义。

对S波段永磁式全腔提取相对论磁控管进行了理论设计和数值模拟研究，并对其进行了实验研究。通过理论分析初步获取相对论磁控管结构参数，并采用三维电磁仿真软件对模型进行粒子仿真优化，根据引导磁场需求设计永磁磁场产生结构。该永磁式相对论磁控管在500 kV电压输入条件下，输出微波功率1.978 GW，效率49.2%。利用实验室小型脉冲功率驱动源平台开展了初步实验研究。实验中，该永磁式相对论磁控管在脉冲驱动源驱动下获得GW级输出功率，功率转换效率约40%，实验结果与模拟结果吻合得较好。

针对双光子激光直写片上光子引线波导的纳米级对准需求，提出了基于导星数字匹配与纳米智能对准的方法，实现了高精度、高密度片上光子引线互联纳米结构3D直写加工。面向片上光子引线波导的背景与需求，设计了双光子直写光刻系统的光学系统结构，在硬件上设计了独特的导星，在算法上利用机器视觉的智能识别方法，精确定位了片上光子引线波导连接结构。所刻写的光子引线与硅片波导的平均偏差角度为0.19°，绝对位置平均对准精度为29 nm，标准差为17 nm。所提方案为实现高精度、高密度的光学片上互联提供了一种可行的方法，在芯片封装、多材料功能结构制备、复杂结构修饰等高精度加工领域有着重要的科学和应用意义。

提出了一种基于级联非对称Y分支的紧凑、宽带、高效的LP₀₁-LP_11a模式转换器。制作的聚合物波导模式转换器具有1.5 mm×14.0 μm的紧凑尺寸，对于C+L波段的x偏振和y偏振光，其模式转换效率大于98%，串扰小于-17.5 dB，插入损耗低于5.8 dB。所提出的模式转换器可以应用在宽带模分复用传输系统中。

随着加工技术的不断进步和对空间分辨率要求的不断提高，线形波带片狭缝宽度越来越小。对于线形波带片上不同宽度的狭缝，当均匀平面波入射时，会激发一个或多个波导模，从而导致模间色散和相位差。即便只有单模传输，由于基模的有效折射率和狭缝宽度有关，不同宽度的狭缝在出射端面处也将产生相位差。为了消除这些相位差，设计等宽度单模狭缝波导线形波带片，研究其在极紫外波段的聚焦效应，并建立相应的高斯型远场解析模型。通过有限元软件的数值模拟，确认了基模的高斯型模式场分布，对基模的菲涅耳衍射积分计算则进一步确认了远场解析模型的有效性。作为一个例子，设计了一个等宽度单模狭缝波导线形波带片，并计算了其在焦平面归一化的一维光场分布。