提出一种太赫兹（THz）超构材料的湿度传感器，可用于测量4%~76.1%范围内的空气湿度。该湿度传感器由周期排列的哑铃型不锈钢孔构成，其工作波段位于太赫兹波段。仿真结果表明，该传感器具有较高的折射率灵敏度。为进一步提高对湿度的灵敏度，还选择对水分子较敏感的丝素蛋白作为湿敏材料，将其涂覆于传感器表面。研究表明，该传感器的湿度灵敏度仿真和实验结果分别为0.20 GHz/%和0.11 GHz/%，高于已有报道的一些超构材料湿度传感器。

为了拓展超材料在太赫兹波段的生物传感应用，设计了一种双开口环结构的太赫兹超材料生物传感器，通过两个等效电容电感（LC）谐振实现了高折射率灵敏度传感。首先，使用有限积分技术（FIT）数值计算了该传感器的太赫兹光谱，并对其进行了结构尺寸优化。然后，在传感器表面放置了一层折射率可变的分析物，通过对不同透射光谱的计算分析，验证了该传感器具备161.06 GHz/RIU（RIU为折射率单位）的折射率灵敏度和1.98的品质因素（FOM）值。最后，采用传统光刻技术和剥离工艺在石英衬底上制作铜金属结构，制备了该传感器，利用其对牛血清白蛋白（BSA）溶液进行了实际测试，实验得到传感灵敏度为59.02 GHz/（ng·mm^-2）和检测下限为0.004 mg/mL。

通过在阵列波导的出口末端加入辅助波导,实现一种输入和输出通道数均为7(7×7),通道间隔为400 GHz的氮氧化硅阵列波导光栅路由器(AWGR),以提高损耗均匀性。利用引入的辅助波导调节在输出自由传输区的像平面处的场分布,通过优化其结构参数在像平面获得了平顶形状的场分布。与传统的AWGR相比,当光从中心输入通道输入时,带有辅助波导的AWGR所测得的输出损耗不均匀性从2.09 dB减少为0.76 dB;而当光从边缘输入通道输入时,输出通道输出的损耗不均匀性从1.99 dB降低为0.88 dB,可满足实际光通信、光互连等系统的需求。由于辅助波导的引入,中心通道的最小插入损耗从2.99 dB增加为3.82 dB,边缘通道的最小插入损耗从4.83 dB增加为5.46 dB。所有通道的串扰约为18 dB。

设计并制作了一种全集成的基于波长路由的光真延时（OTTD）模块。该模块由两个相同的通道间隔为1.6 nm的16×16阵列波导光栅路由器（AWGR）与一组波导延时线阵级联而成。测试结果表明该模块性能优异，工作波长通道间串扰小于-27 dB，光纤端到端峰值波长的插入损耗约为12 dB。采用矢量网络分析仪测试得到延时线阵提供的光延时步长为(6.24±0.4) ps。该模块中两个阵列波导光栅路由器及延时线阵均被集成在一块硅基片之上，并且都由二氧化硅(SiO2)波导制作而成，整个器件尺寸为3.5 cm×3.5 cm。

为使表面增量拉曼散射(SERS)衬底的制备方法简单快速且提高的基底增强效果, 采用置换反应的制备方法, 用锌片和硝酸银反应制备出微米银结构SERS活性基底, 其具有稳定性好, 易保存, 制备方法简单, 过程快速等特点。 用扫描电子显微镜观察得银微米材料表面形貌呈均匀对称的树枝状结构。 实验中控制置换反应的时间分别为40, 50, 60 s时, 得到的树枝状银微米材料的长度分别为3, 5, 10 μm左右, 分支分别为700 nm, 2 μm, 3 μm, 发现随着置换反应的时间的增长, 微米银树枝及分枝的长度越长, 且树枝分枝上逐渐长出纳米级“树叶”结构, 使得微米级银树枝表面具有纳米结构。 并且将微米银材料置于硅片上作为SERS衬底, 并以罗丹明6G为探针分子, 用激发波长为1 064 nm的傅里叶变换拉曼光谱仪检测, 研究其在表面增强拉曼光谱中的应用, 结果表明树枝状银微米材料有很好的SERS特性, 其中置换反应时间为40 s时制备的微米银树枝的增强效果最佳, 其增强因子可达到103左右, 并且采用用表面活性剂PVP处理硅片的方法后, 保持其他条件不变, 微米银衬底的SERS增强效果得到进一步加强, 增强因子达到104左右。 此外, 将树枝状银微米材料用水可封存数月, 且实验结果的重复性较好。

提出了一种基于高双折射光子晶体光纤（PCF）的偏振器件。通过引入包层缺陷结构，利用谐振耦合原理，实现在1250~1850 nm 波长范围内获得具有单一偏振模式的光子晶体光纤偏振器件，并且实现了在该波长范围内23~250 dB 的消光比。

介绍了基于阵列波导光栅（AWG）的单纤三向波分复用器的设计、仿真、制作与测试。利用阵列波导光栅的频谱周期性，采用越级衍射方法可在无需改变AWG布局，无需额外元件的情况下覆盖三向波分复用器的整个工作波段（1310~1550 nm）。器件的芯层采用较高折射率的SU-8聚合物，下包层是二氧化硅，并用空气作为覆盖层，制作流程简单，只需要紫外光刻，成本低。仿真结果显示三个工作通道3 dB带宽都大于11 nm，偏振波长漂移不超过0.65 nm。器件测试结果验证了越级衍射设计的正确性，在TM偏振态下的第二和第三波长通道的额外损耗是3 dB左右，第一波长通道的额外损耗是7 dB左右，串扰在-15 dB左右。整个器件大小仅1.3 mm×0.402 mm。

硅基二氧化硅阵列波导光栅是集成化波分复用光网络中的核心器件之一。对其制作工艺的研究对提高器件的性能具有重大意义。提出一种在波导上包层使用硼锗共掺高温退火的工艺方法，成功实现阵列波导间空隙的填充，并将阵列波导光栅的插入损耗成功降低约2 dB。相对于传统的硼磷硅玻璃工艺，此方法避免了剧毒气体磷烷的使用，工艺简便安全，同时降低了成本。最后，通过对光刻、增强型等离子体化学气相沉积法(PECVD)薄膜沉积、感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀和高温退火回流等工艺步骤的改进、完善和优化，实现了额外损耗约为1.5 dB的阵列波导光栅。