对线偏振平面波垂直入射到亚微米金属膜圆孔阵列的透射谱进行了研究,优化结构参数后得到的最大透射率可达0.896,远大于圆孔阵列的孔填充比,突破了传统理论的预期。对金属膜圆孔阵列的电场分布、波导模式、相位特征及色散关系等进行了分析,研究了基于金属膜圆孔波导的异常透射机制。研究发现,表面Bloch波的存在使得金属膜圆孔阵列的上方形成了一套二维周期性的光晶格,并且光晶格的电场分布中心正好在金属膜圆孔部分的上方。当光晶格的电场模式与圆孔中的横向本征电场模式匹配时,将导致较大的耦合效率。如果电场模式沿着圆孔传播时满足相位匹配条件,就能保证圆孔中的光能从圆孔中有效地耦合出来,进而形成较大的透射率。该机制不但可以解释较厚的二维金属膜圆孔阵列的光频段异常透射现象,而且适用于太赫兹波段。如果在圆孔中填充大折射率介质,还可以实现波长远大于孔半径情况下的较大透射率。

表面等离子体波导能够突破光的衍射极限,提供亚波长的模式局域性。由于其独特的性质,表面等离子体波导引起了广泛的关注。 但是,之前报道的各种表面等离子体波导基本没有涉及到波导结构的可调谐性。这里,我们提出了一种类楔形表面等离子体波导,用有限元方法(FEM)研究了 该表面等离子体波导的模式特性。该类楔形表面等离子体波导可以实现超深的亚波长的模式局域性,通过改变波导的结构参数,我们可以对波导的模式局域性和传输损耗进行调控。

为数值研究中央空气纤芯半径对六重对称带隙导光型光子晶体光纤基模特性的调节, 采用全矢量平面波与多极方法分别计算出该类光纤的带隙结构及不同中央空气纤芯半径时可能存在基模的有效折射率, 由有效折射率分析了基模色散、非线性和限制损耗特性。数值结果表明, 中央纤芯半径越大, 色散越大, 长波长段色散随入射波长在零色散附近振荡变化, 在某一特定波长时非线性系数随中央纤芯半径的增大而增大；基模限制损耗总体随入射波长的增大而减小, 在某些纤芯半径处出现振荡特性。

分析了在大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)上刻写光栅的技术要求和难点，采用相位掩模法在20/400 μm 的LMA-DCF上刻写了高反射率光纤布拉格光栅。针对大模场光纤中存在高阶模的可能性，通过调整单模光纤(SMF)入射光场和LMA-DCF芯径的相对偏移量，对LMA-DCF光栅中的传输模式特性进行了理论分析和模拟计算，并在实验研究中测量了偏移量不同时光栅的反射谱，观测到了相应的LP01模和LP11模的模场光斑分布。对LMA-DCF光栅的几种光谱测试方法进行了对比研究，分析了各种方法的优缺点。研究结果将为LMA-DCF光栅在高功率激光系统中的应用提供依据和参考。

光纤陀螺中使用的Y分支相位调制器对单模特性要求非常高。文中深入研究了Y分支波导的多模特性,在理论分析的基础上用BPM做了Y分支的设计和仿真,模式耦合分析表明,当Y分支波导为多模时,其倒置输入时的输出功率会随波长变动发生周期性波动,该特征可用于定量判定多模临界波长。归纳数据,提出了一种独特的通过Y分支输出功率曲线测定其多模临界波长的方案,并且通过Y分支波导的测试实验验证了该方案的有效性。

在空心布拉格光纤拉制过程中引入的光纤外径波动会造成不同位置光纤包层一维光子晶体结构的光子带隙不完全重叠，极大地影响光纤的传输特性。研究了外径慢变正弦波动下，空心布拉格光纤中各类模式的传输特性。理论计算表明，尽管各模式类传输特性不尽相同，同一类模式中，不同阶的模式损耗情况也不一样，但是，各模式的外径波动容限相差不大。在计算例中，TE0n模的外径波动容限大约为9％，TM0n，HE和EH模式的外径波动容限在6％～7％。采用的理论分析方法可以拓展到其他光纤结构参数组合和任意光纤波动情况。

为了研究布拉格光纤的模式特征和传输特性,提出了超格子模型,利用傅里叶级数表示光纤横向折射率分布,利用平面波展开法分析布拉格光纤的能带结构,基于厄米主斯函数的局域正交函数展开法,从全矢量耦合波动方程出发,得到关于模式传播常量和电场展开系数的本征方程,从而分析布拉格光纤的模式特征。以高折射率芯布拉格光纤为例,实现了该算法,得到基模与二次模的横向电场分布、基模色散曲线和模式双折射。基模的模式双折射可用于衡量算法的精度,结果表明该算法精度较高。超格子模型不仅可以用于研究高折射率芯布拉格光纤,而且同样可以研究低折射率区域导光的布拉格光纤。