硫系玻璃作为一种优秀的红外材料，具有透过范围广、物化性能稳定、易于成纤等特点，是制备红外传能光纤的理想材料之一。从硫系玻璃吸收损耗抑制和散射损耗抑制两方面入手，采用气（氯气）/气（玻璃蒸汽）、固（铝）/液（玻璃熔液）化学反应除杂方式降低光纤吸收损耗，建立了三维激光显微成像系统，检测玻璃及光纤内部的微米和亚微米量级的缺陷，优化制备工艺降低光纤散射损耗，制备出损耗为0.087 dB/m（@4.778 μm）的硫系玻璃光纤。分别利用光纤激光器（波长为2.0 μm）和双波长输出的光学参量振荡器（OPO）激光器（波长为3.8 μm 和4.7 μm）进行激光传能实验，在单模光纤和多模光纤中分别实现了6.10 W（@2.0 μm）和6.12 W（@3.8 μm和4.7 μm）激光传输。

相较于传统的二维频率选择表面, 三维频率选择表面能产生更多谐振点而提供更大带宽, 更容易达到小型化的要求, 能够提供更稳定的频率响应, 因而成为研究热点。本文提出了一种多级正交菱形结构的新型三维频率选择表面, 其基本单元结构是正交的菱形金属丝, 在其外部注入介电常数为2.2的聚合物作为支撑。入射角在0°~50°的条件下具备9.2 GHz共同带宽, 相对带宽超过50%, TE和TM极化的最大插入损耗皆不超过1 dB。该结构具备三个谐振点, 形成原因分别为正交菱形金属结构的谐振、结构和介质端面相互耦合产生的谐振, 以及介质端面的一阶法布里-珀罗谐振。通过调节介质的介电常数, 可利用更高阶的法布里-珀罗谐振进一步设计出通宽更宽的空间滤波器。考虑到工程应用, 文中也评估了此设计对天线远场方向图的影响。

光功率分配器作为光子集成电路中分束并束的关键器件，要求结构紧凑、宽带、低损耗。基于亚波长光栅（SWG）结构，提出一种分束区域长5 µm、分光比为50∶50的超大带宽低损耗3 dB光功率分配器。仿真结果表明，该光功率分配器在±15 nm的大工艺容差下，TE模式在1.26~2.02 μm波段内（即760 nm带宽）损耗低于0.54 dB。通过电子束曝光、干法刻蚀等工艺在绝缘体上硅（SOI）晶圆上加工制备该光功率分配器，在扫描电子显微镜（SEM）下观察SWG结构的加工误差不超过±10 nm。此外，搭建垂直耦合测试平台，利用可调谐激光器在1496.8~1600 nm波段，对TE模式的损耗与分光比进行测试。结果表明，该波段损耗约为0.3 dB，与仿真结果吻合，分光比误差在5%以内。该功率分配器适用于高速、大容量通信、波分复用（WDM）系统等互联应用场合。

基于铌酸锂薄膜提出了一种新型的低损耗切趾光栅设计方案，在线性改变填充因子的同时根据布拉格条件对每个光栅周期进行调控。此方案不仅提高了向上衍射效率，还增加了向上衍射模斑和单模光纤模斑的重叠积分，极大地提高了耦合效率。1550 nm处对于TE模式耦合效率达到81.3%（0.90 dB），是目前已报道的基于无反射层铌酸锂薄膜的光栅耦合器设计方案中耦合效率最高的。考虑到实际工艺下波导存在刻蚀倾角，基于合理推广的布拉格条件同样对光栅周期进行调控，优化了带刻蚀倾角的切趾耦合光栅，耦合效率高达60.0%（2.22 dB）。

光功率冗余不足及相位噪声增加是制约光纤水听器传输距离及探测性能的关键因素。基于光纤水听器全光模拟传输系统，建立远程放大相位噪声模型，设计大有效面积低损耗光纤组合传输链路，在100 km传输4波分×8时分复用系统中，远程放大引入的相位噪声仅为-98.1 dB@1 kHz（1 kHz为频率），优于常规单模光纤4.3 dB，模型的有效性得到了验证。将模型应用于150 km传输系统，对远程增益单元位置进行优化，获得了-93.2 dB@1 kHz的远程放大噪声性能。所提噪声模型及优化方法可应用于不带电中继的光纤水听器系统设计及研制中，对增大全光传输距离及提升远程探测性能具有重要意义。

该文提出了一种具有3个传输零点的高带外抑制小型化带通滤波器。通过耦合控制可在梳状线滤波器响应中引入3个传输零点。通过源/负载耦合和传输线上刻蚀的马刺线可降低带外抑制，使滤波器获得更好的性能。设计并制作了一款小型化带通滤波器实物，仿真结果表明，该文设计的滤波器工作中心频率和相对带宽分别为2.12 GHz和20%，该滤波器的回波损耗优于40 dB，插入损耗小于0.2 dB，带外抑制小于40 dB。此外，该滤波器还具有结构简单紧凑、易加工等特点，实物测试结果与仿真结果基本一致。

光子带隙光纤具有弯曲损耗小、对环境变化不敏感等优点，是极端应用条件下高稳定光纤陀螺的理想光纤。但光子带隙光纤的传输损耗大，缺乏适用于光纤陀螺的低损耗、小模场光子带隙光纤。提出了独立反谐振纤芯光纤构型，将纤芯与包层进行空间隔离，利用纤芯壁反谐振效应抑制基模与表面模的耦合，利用反谐振与光子带隙双重效应将光限制在纤芯中传输，从而实现了光子带隙光纤小模场、低损耗的特性。理论分析结果表明，所提出的光纤构型可将模场直径为～8 μm的光子带隙光纤的损耗降低至<3.5 dB/km。采用两步法制备的光纤基本复现了设计结构，但占空比与设计值存在偏差，导致带隙偏移，实验测得所制备光纤的最小损耗为～25 dB/km@1200 nm。

氟化物ZBLAN玻璃光纤在**、通信、医疗等领域具有重要应用价值，超低损耗光纤的制备已成为大国竞争的战略性关键技术。ZBLAN玻璃熔融冷却过程易出现析晶，其内部多发的结晶区域会引起光传输的散射，导致玻璃光纤实际损耗比理论损耗高2~3个数量级，极大限制了其应用。因此，超低损耗ZBLAN玻璃光纤的制备成为光纤领域的一大挑战。空间微重力环境可抑制重力引起的熔体组分对流，大幅降低熔体成核和微晶生长的速度以及ZBLAN玻璃材料凝固过程中的析晶程度，进而降低材料的光学损耗。美国航空航天局在国际空间站已经开展多轮光纤制造技术的相关试验，随着我国空间站的建成运行，在微重力环境中制造氟化物光纤已经具备了初步可行性。概述了国内外太空制造光纤的主要研究进展，着重介绍了微重力环境下超低损耗氟化物光纤的制备原理，探讨了特种光纤“太空制造-地面应用”的可行性。该研究为我国太空制造水平的提升、航天科技应用领域的拓展提供了技术参考。

提出一种在近红外波段具有高保偏、低损耗、优良弯曲特性的新型混合结构空芯保偏光纤。在19 cell光子带隙空芯光纤纤芯内添加双层反谐振弧形薄壁，形成创新性混合结构，在保持带隙型空芯光纤优良弯曲特性的同时，通过降低其反谐振结构的对称性，增强保偏特性。数值分析结果表明，对于1 550 nm波长光，双折射值可高达1.36×10-3，对应两偏振基模限制损耗分别为1.24×10-5 dB/km、4.64×10-4 dB/km; 弯曲半径为5 mm时，两偏振基模的损耗均小于10-2 dB/km。对制作容差所进行的分析结果表明，该空芯保偏光纤在弧形薄壁曲率小范围制备误差情况下能保持良好的传输及保偏特性。光子带隙与反谐振混合结构，将为小弯曲半径下高保偏、低损耗空芯光纤的结构创新探索提供新动力，其优良性能也会有力地推动空芯保偏光纤的应用发展。