绝缘衬底上的硅材料制备的光学微环谐振腔结构具有高灵敏度、 结构尺寸小和极低模式体积等特性, 被广泛应用到光信息传递、 惯性导航领域, 但极少被应用到力学信号的测试, 为此, 研究了一种基于硅基光学微环谐振腔结构的悬臂梁式应力/应变敏感计, 利用微环谐振腔环形波导径向形变量作为感应应力的中间物理量, 在外界应力作用下, 环形波导的半径将发生改变, 使结构的光学谐振参数产生变化, 从而使光学微环谐振腔谐振谱线发生明显红移, 体现出良好的应力/应变敏感特性; 通过设计双环级联光学微腔, 并采用MEMS光刻、 ICP腐蚀工艺制备了嵌入式光学微腔应变计结构, 结合理论计算了悬臂梁结构的应力应变敏感特性, 经仿真及实验得到, 应变计结构的应力/应变灵敏度分别为0.185 pm·kPa-1, 18.04 pm·microstrain-1, 与单环微腔结构相比, 线性量程增加了近50.3%, 应力灵敏度提高了近10.6%, 初步验证了嵌入式光学微腔结构进行高灵敏度应力/应变检测的可行性, 有望实现新型光学力敏传感器件的微型化、 集成化。

以InP/InGaAsP脊形波导结构为研究对象, 采用有限元算法(FEM), 系统地仿真分析了在固定芯层厚度的情况下, 不同脊高和脊宽条件下脊形波导的单模特性和偏振特性。在芯层厚度一定的情况下, 脊宽越窄, 刻蚀深度越浅, 波导的传输模式越接近单模。在深刻蚀情况下, 脊波导模双折射系数受到脊宽的影响较大, 波导的偏振不敏感性较差; 在浅刻蚀情况下, 模双折射系数(Δn=nTE-nTM)受到脊宽和脊高的影响较为微弱, 稳定在1.2×10-3。相关仿真和分析为基于InP/InGaAsP脊波导的光电子器件的结构设计提供了一定的理论支持。

提出并实现了一种可增强微球谐振腔热非线性效应的方法。通过在微球谐振腔表面涂覆低折射率紫外胶形成并制备了混合谐振腔。通过分析混合谐振腔结构的热光系数, 从理论和实验论证了混合谐振腔结构可获得更大的热非线性效应, 同时验证了混合谐振腔的品质因素对热非线性的影响。应用此混合谐振腔结构于温度传感实验, 结果表明通过增强方法制备的谐振腔其检测灵敏度提高了2.8倍。因此, 此方法在传感应用、生物化学检测、通讯等领域也有广泛的应用前景。

光学微球谐振腔由于其具有超高的Q 值及极小的模式体积等优点，在高灵敏度传感和光通信等方面得到了广泛的研究。测试了未封装和封装后微球腔谐振波长随温度的变化，实验结果表明随温度增大，谐振波长线性红移，且线性度高。二者温度系数不同，未封装时为25.6 pm/℃，封装后为4.4 pm/℃，主要原因为紫外胶的负热光系数所致。理论分析了紫外胶的热光效应，通过控制紫外胶厚度可以改变光在紫外胶中的比例，从而调节温度系数。当光在紫外胶中比例为0.1135 时，温度系数变为0，可以抑制温度漂移，实现了温度补偿；该比例继续增大，温度灵敏度提高。低温漂、高灵敏度、微型化拓宽了回音壁模式(WGM)传感器的应用潜力。

通过Rsoft软件对锥形光纤倏逝场能量分布特性进行仿真，从理论上分析锥形光纤激发微谐振腔非互易性产生的原因。实验中，光纤熔融二氧化硅微球腔通过高精度三维调节架沿光纤方向移动，每次移动相同距离选取测试点，记录光源正反传输情况下微球腔谐振谱线，得到谐振谱线特征参量随倏逝场变化的非互易性变化规律。通过计算微球腔理论鉴频曲线获得非互易性对陀螺动态范围与灵敏度的影响，并提出抑制方法。