为提高折射率传感中的灵敏度和品质因数，提出一种光栅辅助狭缝微环谐振器，该结构在狭缝微环的基础上引入光栅结构来实现不同波长处的类电磁诱导透明（EIT-like）效应，从而获得更高的灵敏度和品质因数。利用传递矩阵法建立嵌孔微环谐振器频谱计算和参数优化的数值模型。采用有限差分时域（FDTD）方法对所提器件结构的传输频谱和谐振腔的电场分布进行模拟仿真，并讨论器件结构参数的影响。结果表明：所提器件实现了EIT-like效应；在折射率传感应用中，所提器件的品质因素为35495，灵敏度高达360 nm/RIU（RIU为折射率单位），与参数相似的常规微环谐振器相比，灵敏度提高了270 nm/RIU；所提器件的灵敏度检测下限为2.3×10^-4 RIU。

势垒高度 Φ 和理想因子 n 是混合肖特基/PIN (MPS) 二极管正向输运下的重要参数, 而软度因 子是 MPS 反向恢复能力的衡量指标之一。对 6H-SiC 基 MPS 二极管进行结构模拟仿真, 验证了双势垒的存在, 并研究了温度对正反向特性的影响。结果 表明: 正向偏压下, 温度升高, 势垒高度 1 下降, 势垒高度 2 增大, n1 和 n2 均随温度升高而下降。势垒 1 区域存在多重复合输运机制, 势垒 2 区域主要以热电子发射 输运为主。反向偏压下, 反向恢复峰值电压、峰值电流均随温度的升高而增大, 但软度因子逐渐趋近于 1。

为了使折射率传感器具有高品质因子和高灵敏度,提出一种基于槽型光波导的一维光子晶体微环谐振器。该结构中两种不同状态的光模式在不同的光路上相互干涉而产生Fano共振,这种非对称线型的结构能够获得更高的消光比和品质因子,在折射率传感方面也有更好的灵敏度。采用时域有限差分法对结构进行分析和模拟仿真。仿真结果表明,所提结构的品质因子达到30950,比传统微环谐振器提高4倍以上;消光比为29.08 dB,比传统微环谐振器高出16.89 dB。在折射率传感特性的分析中,所提结构的灵敏度达到344 nm/RIU,比传统微环谐振器提高3倍;灵敏度检测下限为1.4×10 -4 RIU。

为了优化微环谐振器的性能,提出了一种slot结构的反馈耦合波导微环谐振器。该结构通过在上下载型微环的基础上引入一个附加光场及采用slot波导来改善谐振器的性能参数。利用传输矩阵法分析了该改进型结构对相位、自由光谱范围及输出性能的影响,并用三维有限差分软件FDTD进行了模拟仿真。结果表明:基于微环谐振器的改进型结构的自由光谱范围由14.5 nm增大到了29 nm,消光比的绝对值从21 dB增大到了32 dB,有助于实现对应传感器件测量范围及灵敏度的提升。

提出了半径按比例依次增大的改进型并联微环阵列,研究了其滤波信道的切换和路由方法,实现了并联微环滤波信道的灵活切换和路由。利用传输矩阵法,分析了并联微环和改进型并联微环阵列的传输特性,并采用MATLAB对改进型三微环阵列滤波信道的路由方法进行了分析。结果表明,当相邻的两个微环满足相消干涉条件时,滤波信道关闭,对应波长的光不能通过;当两个相邻微环满足相长干涉条件时,滤波信道打开,对应波长的光可以通过。设计了由4个改进型微环阵列构成的2×2路由器。

提出了一种三段式变步长电导增量算法，通过设定步长调整系数的上、下限阈值，将工作步长分为三种模式，保证了在光照强度剧烈变化的情况下，系统仍能以较大步长运行，避免了传统电导增量法动态响应速度慢的问题。仿真结果表明，该算法可将系统的动态响应时间缩短至5~6 ms，且最大功率点附近的功率振荡明显减弱，系统的功率损失降低，跟踪精度得到提高。

为了优化光栅性能, 提出一种基于互补金属氧化物半导体兼容性制造工艺的非对称包层调制光栅结构。该结构通过调整光栅齿的位置来改变波导中传输光的耦合率, 最终达到改善光栅的反射带宽、消光比、输出功率等性能参数的目的。利用耦合模理论分析了该改进型光栅结构对光栅耦合率、反射带宽及输出性能的影响, 同时利用有限元方法进行了数值仿真。结果表明, 该改进型光栅的反射带宽由0.9 nm减小到0.3 nm,消光比的绝对值从29.2 dB增加到35.1 dB, 耗散到包层的光功率从5.99×10-5 W减小到3.13×10-5 W; 该改进型光栅器件性能得到改善。