提出并研究了基于光反射式耦合探针（ORCP）的高灵敏曲率和振动双参量传感器。ORCP通过光纤熔融拉锥、耦合结合垂直切割方法制备而成，尺寸为mm级别。将弯曲或振动信号施加于ORCP悬臂耦合区域，改变干涉超模的模场分布以及折射率，引起反射光谱波长或强度偏移，实现对曲率和振动两种物理量的高灵敏度测试。其中，曲率灵敏度高达11.97 nm/m^-1，响应范围为0~10.49 m^-1，线性度大于0.98。振动灵敏度为0.72 mV/V@80 kHz，超宽带振动频率响应范围为185 Hz~20 MHz，具有高保真度以及高线性度，信噪比达到~53.56 dB。此外，该传感器可实现阻尼振动信号的检测以及声音识别。所提基于ORCP曲率和振动传感器具有灵敏度高、响应范围宽、线性度好、稳定性高、保真度高等优势，探针尺寸为mm级别，结构紧凑，支撑其在油田、煤矿等受限空间与恶劣环境领域中的潜在应用，有望实现基础设施突发事件潜在威胁的预测以及微小裂缝的检测。

为了满足水下高速激光通信的需求和提高系统的误码性能, 设计一种基于二进制开关键控(OOK)调制的水下高速激光通信系统, 采用滑窗平均滤波方法对接收数据进行去噪处理, 根据固定值阈值和自适应阈值方式求取联合阀值后进行门限判决。系统测试结果表明: 联合阈值判决方式的误码性能优于固定阈值判决和自适应阈值判决方式; 系统在洁净水、水中含少量悬浮杂质2种水质通信时的误码率分别为0、10-2左右。

为满足精密测量等领域对半导体激光器的波长稳定性、相位噪声等指标的严苛要求，提出基于系统传递函数理论推导论证与仿真验证相结合的分析方法，并由此设计改进了一款半导体激光器的高稳低噪恒定电流驱动电路。绘制了电流驱动电路的交流小信号模型和交流通路，对电路参数和系统稳定性的关系进行了理论分析，并引入噪声抑制网络对电路进行改进，通过Tina-TI仿真验证了改善后的驱动电路在2 MHz带宽内的噪声抑制能力和稳定性。实验结果表明，恒流驱动电路在3 KHz~2 MHz宽带内交流噪声有效值为224 nA，连续驱动电流2.5 h稳定度优于1.904×10^-6，1 h光功率积分时间1 s时的稳定度为1.177×10^-5。仿真与实验基本相符，驱动电路具有较高的稳定性和噪声抑制能力，同时，该分析方法对半导体激光器的超低噪声的驱动电路设计和优化具有普遍的理论指导意义。

基于时域有限差分法(FDTD)在GaN基LED表面分别生长了ZnO柱状与锥状微纳结构, 并利用Rsoft模拟仿真软件分析了两种结构的几何参量(排列周期p、高度H、底面直径D等)对GaN基LED光提取效率的影响。结果表明两种结构均可提高器件的光提取效率, 柱状结构在H=0.25μm, p=1.5μm, D=0.9μm时表现最优, 其光提取效率是未加任何结构平板LED的5.6倍; 而锥状结构在H=0.6μm, p=1.4μm, D=1.4μm时表现最优, 其光提取效率是未加任何结构平板LED的5.3倍。研究结果对高性能GaN基LED的设计与制备具有一定指导意义。

为实现低成本、长距离以及大容量的数据传输场景, 设计了一种无多进多出(MIMO)模分复用(MDM)带宽可调的双向光纤传输系统, 利用6模式选择光子灯笼(PL)分别作为模式复用/解复用器, 选取LP21和LP01 2个非简并模式作为正向传输信道, LP02模式和LP01模式作为反向传输信道, 同时通过光开关控制选择LP11的2个简并模式作为正反向传输信道, 从而实现12.5 km的双向带宽可调传输。该系统为低成本、长距离以及大容量的数据传输场景提供了解决方案。

采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD), 通过控制生长温度和时间, 在氟金云母衬底(KMg3(AlSi3O10)F2)上制备出大面积、高质量的ReS2层状薄膜、纳米片、纳米花等微结构。利用拉曼显微镜(Raman)、光致发光光谱(PL)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对所制备的ReS2结构进行表征。结果显示: ReS2能够在表面平整且为惰性的氟金云母衬底上实现大面积高质量的面内、外生长; 面外生长的ReS2纳米片和纳米花结构的拉曼光谱相对于层状的ReS2结构在207cm-1附近的特征峰处存在红移现象, 在163cm-1附近的特征峰相对强度不断减弱; ReS2微结构的PL峰的位置基本无变化, 但是峰值强度随面外生长而不断减弱。

Ⅲ-Ⅴ族氮化物发光二极管因具有寿命长、 尺寸小、 高效、 节能等优点, 得到广泛的研究与应用。 随着光通信、 万物互联等领域的进一步发展, 需要开发高质量的微纳光源和微纳光波导。 纳米柱氮化镓发光二级管(GaN-LED)是一种重要的微纳光源, 具有广阔的应用前景。 另一方面, 作为应用最广的硅半导体材料本身并不是直接半导体, 发光效率低下而不能作为光源使用。 因此, 研究基于硅基板的纳米柱GaN-LED微纳光源具有非常重要的意义。 采用射频分子束外延技术(MBE)在Si基板上沉积并生长具有GaN缓冲层、 Si掺杂的n-GaN层、 4个周期的InGaN/GaN量子阱层和Mg掺杂的p-GaN层的GaN基PN结构。 利用扫描电子显微镜(SEM)观察其表面和侧面形貌, 可观察到以一定的倾斜角度生长于衬底表面、 排列紧密且整齐的纳米柱。 利用微纳加工技术制备纳米柱GaN-LED, 对已获得的纳米柱外延片进行SOG填充、 FAB刻蚀, 在p-GaN层和Si衬底侧蒸镀电极, 并对LED两电极施加直流电压, 进行I/V曲线和电致发光(EL)特性的测试。 纳米柱GaN-LED的阈值电压为1.5 V, 在室温下的峰值波长为433 nm。 纳米柱结构可有效减小LED的阈值, 在相同电压情况下, 纳米柱LED的亮度更高, 展现了良好的发光特性。 GaN纳米材料与体材料相比, 纳米结构中存在应力弛豫可以有效地降低位错密度, 尺寸小于光生载流子或激子的扩散长度, 因而能够减小光电子器件激活层中的局域化效应。 通过TCAD仿真, 对与实验结构相同的纳米柱GaN-LED两电极分别施加5, 6和7 V的电压, 可得到纳米柱LED的发光光谱。 仿真结果显示纳米柱GaN-LED的发光波长在414～478 nm之间, 发光颜色为天青蓝到蓝紫色之间, 峰值波长为442 nm, 发出鲜亮蓝色的光, 与实验获得的EL光谱结果相近。 随电压增大, 发光光谱峰值波长减小, 出现轻微的峰值波长蓝移。 在纳米柱结构中InGaN/GaN区域产生强烈的极化效应, 纳米柱结构在量子阱区域的载流子浓度增加, 削弱了量子限制斯塔克效应, 从而使LED波长峰值向高频率移动即蓝移。 其次, 纳米柱结构能够引起应力释放, 也会引起峰值波长蓝移。

生物传感器在近几年发展迅速, 在医疗应用以及环境检测等发挥了重要的作用, 尤其是基于SOI(silicon-on-insulator)平台的光波导的生物传感器, 由于其成本低, 尺寸小等优点, 成为近几年的研究热点。故在单狭缝波导的基础上, 提出了一种新型双狭缝波导生物传感器, 通过研究生物传感器的原理, 并且利用有限单元法算法, 优化了该结构的参数。优化后的传感器相比于单狭缝生物传感器, 限制因子提高到52.96%, 灵敏度为1.10/RIU。

根据等效介质理论和严格耦合波理论，提出了可见光波段下基于氧化铝材料的亚波长导模共振光栅滤波器的理论设计与仿真方法。利用Rsoft软件分别仿真分析强调制和弱调制下的氧化铝光栅反射光谱，并探讨了光栅周期(400～420 nm)、占空比(0.2～0.8)和光栅厚度(117～367 nm)等结构参数的改变对光栅光谱特性的影响。仿真结果表明，氧化铝光栅在610 nm波长处具有优秀的滤波效果:旁带＜3%，半高宽(FWHM)＜0.3 nm，高反射率(接近100%)。最后采用快速原子束刻蚀技术制备出了可见光波段下的氧化铝材料导模共振滤波器。

提出一种基于重构等效啁啾(REC)技术的1 550 nm波段氮化铟分布反馈(DFB)半导体激光器。在传输矩阵法(TMM)的理论基础上，对该结构激光器的各项光学性能进行仿真分析。结果表明，基于该技术设计的激光器具有良好的光电特性，阈值电流很小，约为6.1 mA，斜效率为0.31 mW/mA；在20 mA的注入电流下得到了1 549.09 nm的单模激射，边模抑制比均超过了39 dB。同时，分析了激光器腔长和有源层厚度对其光电特性的影响，腔长越长，功率越低且烧孔效应越强；随着有源层厚度的增大，阈值电流也随之增高。这一结果可以为氮化铟DFB激光器的设计加工提供一定的参考。