宇称时间（PT）对称原理已经被验证可以作为提高无线电能传输系统自由度的有力工具，但基于PT对称的并联-并联（P-P）拓扑结构无线电能传输（WPT）系统的工作范围仍然受到限制。为解决这一问题，提出了一种基于PT对称原理的并联-串并联（P-SP）补偿WPT系统。通过等效电路法化简系统电路模型，并利用耦合模理论（CMT）分析电容分配比对振荡频率、临界耦合系数、满足系统进入PT对称区域的耦合系数和负载电阻值范围以及传输效率等工作性能的影响。构建样机开展实验，以检验所提方法的适用性，结果表明：可以在仅损失2%系统传输效率的情况下，将传输距离由110 mm扩大到210 mm，该操作可为扩大应用范围、增加应用场景、优化激光无线充电系统中发送模块单元和接收模块单元的工作性能做准备。

为了深入研究波导光栅中电磁波的传输特性, 本文以布拉格光栅为例, 从光场的波动方程出发得到了光栅的耦合模方程, 进而通过求解耦合模方程得到表征光栅特性的2×2矩阵。针对均匀布拉格光栅和取样光栅, 采用MATLAB数值模拟方法研究了各个参数对其反射谱和透射谱的影响。结果表明, 光栅长度、有效折射率以及耦合强度会影响均匀布拉格光栅反射谱和透射谱的峰值、位置和宽高, 光栅段长度、空白段长度以及周期数目会导致取样光栅反射谱的反射峰间隔增减和各级峰值的变化。相关仿真分析可以为光纤光栅传感、分布式布拉格反馈(DBR)激光器、光栅滤波器等设计应用提供理论支撑。

基于法诺(Fano)共振传感特性, 提出了一种金属-介质-金属(MIM)波导耦合矩形腔结构, 目的是为了实现高灵敏度、高可靠性的折射率传感检测。通过耦合模理论和有限元数值模拟仿真, 分析了矩形腔中有无内嵌金属板两种结构的Fano透射光谱特征, 并且进一步优化了矩形腔内嵌金属板结构参数, 最后阐明了结构参数对其传感特性的内在影响。结果表明, 当入射光以TM模式入射到矩形谐振腔时, 会形成两个Fano模式共振峰: 第一种模式的品质因数(FOM)达9.4×104, 灵敏度为700nm/RIU; 第二种模式的FOM达8.4×103, 灵敏度为1200nm/RIU。研究结果表明此结构设计实现了双Fano峰检测, 同时各个模式品质因数都很高, 这为高性能微纳光学折射率传感器的设计提供了一定的理论参考依据。

提出一种用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器，该器件为由一个光子晶体Aubry-André-Harper（AAH）谐振腔、一个光子晶体AAH反射腔以及两个光子晶体波导组成的三端口反射腔型光分插复用器。基于耦合模理论建立该结构模型，推导理论谱线并分析决定其传输性能的关键参数，根据理论结果指导基于三维时域有限差分法的仿真设计，得出器件的性能参数。仿真结果表明，该器件可以在1556.2 nm和1555.4 nm的工作波长下实现光波的上/下载功能。光子晶体AAH反射腔和锥形结构减小了光波在主波导上的泄漏和端口处的模式失配损耗，使得插入损耗与各端口串扰分别小于0.51 dB和-29.54 dB。所使用的AAH腔具有高Q值的特性，输出谱线的线宽仅为0.2 nm，尺寸仅为 19.35μm×13.33μm。该器件结构紧凑且简单，支持双信道分插复用，易扩展信道，可应用于密集波分复用/解复用器件，在大规模集成的高容量光通信系统领域中具有重要的应用价值。

随着5G通信技术的发展，通信频段的演进对于声学滤波器的性能指标、封装尺寸、集成度等要求越来越高。但在小尺寸的声表面波双工器中，隔离度指标是设计中的一个难点。该文针对如何提高双工器隔离度指标展开研究。基于耦合模模型与电磁仿真模型建立了双工器的仿真模型。通过采用拓扑结构的改进、共地电感与封装外壳的改进等方法，最终实现了在发射端(Tx)隔离度为-60.5 dB，接收端(Rx)隔离度为-50 dB，且具有小插入损耗特征的Band 5双工器设计，较之未改进前的双工器，其隔离度有明显改善。

该文研究了基于层次级联模型的耦合模(COM)参数提取方法。通过仿真42°Y-X LiTaO3衬底的有限长声表面波(SAW)单端谐振器，提取COM参数及建立COM参数数据库，研制了一款1 200 MHz的三换能器混合结构的SAW滤波器。结果表明，实际制作器件响应和仿真幅频响应符合性好，验证了该文提取COM参数方法的可行性，可用于指导SAW滤波器设计。

相较于传统的单模光纤布喇格光栅(FBG)传感器, 少模FBG传感器在测量时不易受到外界无关参量的影响, 精度更高, 但其在光栅参数设计上缺乏相应的理论依据。针对此问题, 基于FBG耦合模理论, 利用OptiGrating和Matlab软件模拟分析了纤芯中存在LP01模、LP11模的少模FBG的反射谱。仿真结果表明: 区别于传统单模FBG的单峰结构, 少模FBG的反射谱具有三峰结构, 光栅周期、光栅长度和折射率调制深度的变化会对各波峰的反射率及中心波长产生规律性的影响。

针对啁啾光纤光栅的带通滤波特性, 设计了纤芯/包层复合结构的啁啾光纤光栅滤波器。基于光纤耦合模和传输矩阵理论及坐标变换方法, 对其光谱特性进行仿真分析, 验证了该光栅的双带通滤波特性; 对周期为536、537、538nm, 长度为8、10、12mm, 折射率调试深度为0.0002、0.0003、0.0004, 啁啾系数为0.05、0.10、0.15nm/cm的该结构光栅进行光谱模拟, 证明中心波长随周期增大而增大; 半峰宽度随长度、调制深度、啁啾系数增大而变宽; 反射率峰值随啁啾系数增大而降低, 随调制深度增大而升高。上述研究证明了该结构光栅具有双带通滤波特性, 且幅值带宽可调。

为了声表面波(SAW)器件设计的便捷和准确, 该文利用耦合模(COM)模型在FEMSDA软件基础上添加了Mo、Pt、Ir 3种金属电极的材料参数, 同时将硅酸镓镧(LGS)的材料参数随温度变化的关系式一起加入软件, 以(0°,138.6°,26.7°)LGS压电基片为目标, 建立了在700 K下不同金属、相对膜厚及占空比条件下的COM色散参数数据库。