对基于行波电极的硅-有机复合集成电光调制器进行研究，构建调制器的波导电极结构模型，分析特征阻抗和微波有效折射率对调制器频率响应的影响。通过对电极结构的仿真优化，完成调制器芯片的设计与制备，研究电光聚合物材料的片上极化工艺，得到高性能硅-有机复合集成电光调制器。对研制调制器电极的电学S（Scatter）参数进行测试，分析得到的电极特征阻抗和有效折射率与仿真设计结果基本相符。测试得到电光调制器的3 dB带宽大于50 GHz。

减少器件的界面损耗从而提升其发光性能一直是发光二极管领域一个重要的研究热点。本文采用标准半导体工艺在硅衬底上制备了GaN基车轮形发光器件。采用各向同性湿法蚀刻工艺将器件悬空，比较并研究了悬空对器件的性能，包括光强、半高宽、波长漂移、3 dB带宽等的影响。由于减小了光损耗，在悬空结构中腔效应更加明显，器件的电致发光和通信性能得到了提升。本研究对电驱动光源的制备和可见光通信具有重要意义。

基于标准0.35 μm CMOS工艺设计了一种单光子雪崩二极管器件.采用p+n阱型二极管结构, 同时引进保护环与深n阱结构以提高单光子雪崩二极管性能；研究了扩散n阱保护环宽度对雪崩击穿特性的影响；对器件的电场分布、击穿特性、光子探测效率、频率响应等特性进行了分析.仿真结果表明：所设计的单光子雪崩二极管器件结构直径为10 μm, 扩散n阱保护环宽度为1 μm时, 雪崩击穿电压为13.2 V, 3 dB带宽可达1.6 GHz；过偏压为1 V、2 V时最大探测效率分别高达52%和55%；在波长500～800 nm之间器件响应度较好, 波长为680 nm时单位响应度峰值高达0.45 A/W.

在片上光互连系统中, 电光调制器起到将电信号调制为光信号的作用, 是光互联系统中的核心部件之一。调制器的3 dB带宽决定着载波所能携带的最大信息量,是衡量调制器性能的核心参数。利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型调制器, 其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迁移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔的光程放大的结构优势, 通过理论计算, 其3 dB调制带宽可以达到100 GHz。同时, 基于微环谐振腔的石墨烯电光调制器结构可以方便的与光互联系统中的波分复用器相集成, 从而提升片上光互联系统的集成度和降低技术复杂性。

分析了崖层在单行载流子光电探测器（UTC-PD）中的作用，以及其对UTC-PD的3 dB带宽的影响。研究结果表明，崖层使得异质结处电场强度增加，且电场向吸收区延伸，使电子在吸收区的渡越时间和积累程度降低，从而导致3 dB带宽和饱和电流增加；崖层的掺杂浓度和厚度都会对3 dB带宽产生显著的影响；当崖层厚度与掺杂浓度的乘积一定，且收集区保持耗尽时，随着崖层厚度的增加（掺杂浓度减小），3 dB带宽下降，但是，只要崖层的厚度不是太厚(通常为十几纳米到几十纳米)，则无论是改变崖层厚度，还是改变掺杂浓度，3 dB带宽的下降都可以忽略不计，即3 dB带宽基本相等。

设计了一种基于InP 衬底的1.55μm 短腔垂直腔面发射激光器(VCSEL),先从结构上对上下反射镜进行了优化设计,然后重点对谐振腔的腔长进行了优化,采用1λ短腔结构,用Matlab软件进行了仿真,结果表明:优化后的VCSEL器件的输出功率为2.22mW, 饱和松弛响应频率fR,sat为34.5GHz, 最大-3dB带宽为30.5GHz, 与目前此波段的最大带宽(19GHz)相比, 提高了约60%。

雪崩光电二极管(APD)光电探测器由于在灵敏度上的优势, 在长距离高速数字通信系统中得到了广泛的应用。文章系统地描述了高速APD/TIA(跨阻抗放大器)探测器组件的光学与微波封装的设计要点, 对完成封装后的10 Gbit/s APD/TIA探测器组件进行了全面的测试, 并对测试结果进行了分析。

为了解决传统Mach-Zehnder结构电光调制器的直流偏置电路设计复杂、温度变化导致的直流漂移和非线性失真等问题，基于点匹配法、耦合模理论和电光调制理论，设计了一种零偏压屏蔽电极Y型耦合器高速电光调制器。给出了器件模型、电场分布及输出光功率随外加电压的变化关系。通过引入有效调制电压，导出了低频和高频两种电信号调制下，输出光功率随响应时间的新型关系式。得到了电信号3 dB调制带宽、插入损耗及串扰的表达式。在1550 nm中心波长下，对器件进行了参数优化和性能模拟。结果表明，优化后器件的电光作用区长度约为0.8884 cm，半波电压降至1.104 V，电信号的3 dB调制带宽可达97 GHz。与光束传播法(BPM)计算结果的对比表明，本文给出的分析理论和设计方法具有较高的精度。