Miniaturized fiber-Bragg-grating (FBG) interrogators are of interest for applications in the areas where weight and size controlling is important, e.g., airplanes and aerospace or in-situ monitoring. An ultra-compact high-precision on-chip interrogator is proposed based on a tailored arrayed waveguide grating (AWG) on a silicon-on-insulator (SOI) platform. The on-chip interrogator enables continuous wavelength interrogation from 1 544 nm to 1 568 nm with the wavelength accuracy of less than 1 pm [the root-mean-square error (RMSE) is 0.73 pm] over the whole wavelength range. The chip loss is less than 5 dB. The 1 × 16 AWG is optimized to achieve a large bandwidth and a low noise level at each channel, and the FBG reflection peaks can be detected by multiple output channels of the AWG. The fabricated AWG is utilized to interrogate FBG sensors through the center of gravity (CoG) algorithm. The validation of an on-chip FBG interrogator that works with sub-picometer wavelength accuracy in a broad wavelength range shows large potential for applications in miniaturized fiber optic sensing systems.

基于绝缘体上硅材料平台，设计并制作了一种结构紧凑的高均匀性硅波导阵列波导光栅，其拥有8个输出通道并且通道间隔为200 GHz。分析了绝缘体上硅材料平台中硅波导的弯曲半径对弯曲损耗和有效折射率的影响。测试结果表明，该器件的插入损耗为19.6 dB，串扰为-15 dB，非均匀性为0.87 dB，3 dB带宽为1.06 nm，结构尺寸仅为294 μm×190 μm。芯片的制作工艺与互补金属氧化物半导体工艺兼容，这使得阵列波导光栅的大批量、低成本生产成为可能，对集成波分复用网络的发展具有重要的意义。

在基于阵列波导光栅（AWG）的光互连数据中心中，提出了一种改进的多信道矩阵接收方案，该方案允许每个节点同时接收任意一组波长。该方案基于差错控制编码理论设计了只需要使用少量接收机、固定波长滤波器和一个波长可变滤波器的组合。通过OptiSystem软件仿真验证了在10 Gbit/s和40 Gbit/s的传输速率下，新旧接收方案的接收差异。实验表明，该方案可以有效降低发射功率和减少接收端所需固定波长滤波器的数量，节约了数据中心的设备成本和功耗。

提出一种将质子交换技术和刻蚀技术结合的体铌酸锂波导和器件加工方案，基于质子交换的铌酸锂晶体相变特性改变，降低了质子交换区直接刻蚀难度，结合质子交换的纵向折射率改变和刻蚀波导的横向结构改变，波导尺寸显著降低，采用粒子群算法优化波导尺寸，最小可达2.5μm。基于该工艺方案设计了中心波长为1550 nm、四通道且通道间隔为400 GHz的阵列波导光栅，该阵列波导光栅的传输损耗约为6 dB，相邻通道间串扰均低于22 dB，整体尺寸仅为850 μm×620 μm，在高密度铌酸锂光子集成互连等场景具有较大的应用潜力。

波长编码光纤位置传感器具有对光强变化不敏感、稳定性高等优点, 为了进一步简化结构和降低成本, 提出了一种新型波长编码光纤位置传感器。使用10阶二进制伪随机m序列作为传感器的编码基准, 以100 μm的栅距制作编码标尺并搭建传感系统,由工作通道的输出电压解调绝对位置信息; 同时, 阵列波导光栅(AWG)作为解复用器与多个光电二极管组成多波长检测系统, 简化了传感系统并提高了响应速度。采用单向定位精度为6 μm的步进电机作为位移量标准, 验证了设计分辨率为100 μm的传感器方案可行性。

首先从理论上详细分析阵列波导光栅的串扰、插入损耗和带宽对解调系统的动态范围、波长分辨率及解调精度的影响。结果表明，带宽越大，解调系统的动态范围越大，但波长分辨率会有所下降；串扰越小，解调精度越高。然后从理论上研究影响阵列波导光栅输出光谱带宽的因素，如阵列波导光栅的衍射级数、阵列波导数及喇叭口宽度等。结果表明，当阵列波导数越小和锥形波导的开口宽度越大时，则阵列波导光栅的通带带宽越大。最后设计一款基于2%折射率差二氧化硅材料体系的阵列波导光栅，其具有带宽宽、损耗低和串扰低等特点，为基于阵列波导光栅的光纤光栅解调系统的研究提供理论指导，并指明器件及系统的优化方向。