将铌酸锂(LiNbO3, LN)晶体制作成波导型结构能够进一步提高器件的集成度, 已经广泛应用于电光调制器、频率变换、声光调Q等光电器件中, 在光纤通信、光电传感、激光雷达、航天航空等领域具有重要的应用前景。传统的Ti扩散法制作的LN波导在短波应用中抗光折变损伤能力差, 退火质子交换法制作的LN波导只能支持TM模(横磁模)单偏振传输, 应用领域受限。本文提出了一种新型Zn扩散法制作掺镁LN脊形波导的方法, 通过建立波导的扩散模型和仿真, 探索制备的工艺条件并进行测试, 得到的LN波导最低传输损耗为0.86 dB/cm, 光折变损伤阈值可达到184 kW/cm2, 这将为高功率铌酸锂波导集成光电器件的研发提供一种较好的制备途径。

基于蹦床效应提出新型蹦床声子晶体模型。借助有限元法，计算蹦床声子晶体能带结构、本征模态，并与传统声子晶体对比，选择调整蹦床声子晶体柱体高度进行彩虹捕获效应研究。按照不同柱体高度蹦床声子晶体，将16个蹦床声子晶体单胞分别以单一编号、有序及随机完全无序排列形式组合，计算对应传输损失曲线，分析不同排列组合形式对彩虹捕获效应的影响。并进一步设计了3种轻度无序排列形式蹦床声子晶体阵列，以分析无序度对彩虹捕获效应的影响。结果表明：新型蹦床声子晶体带隙宽度是传统声子晶体的2.1倍，采用蹦床声子晶体有序排列形式表现出明显的彩虹捕获现象，而完全无序排列形式则表现出强烈的“逆彩虹捕获”现象；采用3种轻度无序排列形式蹦床声子晶体阵列对激励信号的衰减能力与有序排列基本相同，表明所设计的新型蹦床声子晶体对阵列的轻度无序排列具有鲁棒性。本工作为今后定向设计衰减频域及最大衰减幅度的彩虹捕获声子晶体阵列提供了参考。

为了进一步降低空芯反谐振光纤在通信波段的传输损耗，利用改良的堆积-拉制法成功制备出在通信C＋L波段具有超低损耗的嵌套管式空芯反谐振光纤(Nested HC-ARF)。光纤制备长度为720 m，在1545～1660 nm光谱范围内实现了0.38 dB/km的平均传输损耗，同时光纤LP₁₁模式损耗高达2.96 dB/m，光纤高阶模抑制比为38.9 dB。测量结果表明，制备的Nested HC-ARF具有与实芯单模光纤同一量级的超低传输损耗以及极高的光纤模式纯度，有望作为新一代传输光缆应用于光纤通信系统。

采用显式有限元方法，以传输损耗系数(TLC)为评价指标，研究了以钢为边界、铜和硅橡胶交替填充的方形晶格夹层板的减振性能，分析了方形填充尺寸对结构减振性能的影响。首先建立方形晶格夹层板的有限元仿真模型，其次引入传输损耗系数作为目标函数，运用遗传算法对方形晶格夹层板的减振性能进行优化，针对不同应用场景，得到的优化结果表明方形晶格夹层板具有不同减振范围的可调谐性。最后分析优化后的拓扑结构在不同频率下的位移场，可以看出其仍是在局部共振机理作用下，表现出对低频弹性波的强衰减，为拓宽夹层板的低频减振性能与可制造性提供了新的设计思路。

为衰减中低频振动噪声, 本文设计了一种非严格对称的开口圆环类声子晶体结构, 基于有限元法和弹性波理论分析了其禁带特性和各方向的振动衰减性能; 结合系统的振动模态解释了带隙打开和关闭的原因, 并分析了几何参数对带隙宽度的影响规律。结果表明: 由于晶体的非严格对称, 仅ΓX方向的传输损耗和禁带特性吻合, 且衰减性能优于MΓ方向, 禁带内平均衰减27.8 dB, 同比提升了5.5 dB。禁带内几乎没有产生位移变形量, 而通带因无法抑制弹性波传播导致变形量显著增大; 芯体的水平和旋转运动是带隙起始、截止的明显标志。以钨为芯体, 能获得起始频率和带宽均为500 Hz的低频带隙, 增大芯体的材料密度、填充率和晶格尺寸有助于获得较低频率的完整带隙。

针对多波长集成光源阵列封装设计了一种具有低传输损耗、低串扰的阵列微波馈线。通过分析微带线和接地共面波导在传输高频微波信号时的优缺点，设计了一种桥型微波馈线结构。同时利用有限元法，对馈线尺寸参数进行仿真优化。在30GHz范围内，得到了反射系数低于-17dB、传输损耗小于0.4dB、相邻信号电极间串扰小于-26dB的仿真结果。设计了基于金线键合的阵列芯片方案，并通过有限元法仿真确定了传输性能良好的封装间距。

制作了具有不同介质膜厚度的大口径柔性介质金属膜波导, 测试了金属膜波导和介质金属膜波导在G波段、4.3 THz和中远红外等频段的传输特性.结果表明, 波导的传输损耗在G波段随介质膜厚的增加而增加, 孔径2.6 mm的金属膜波导在160 GHz传输损耗为2.1 dB/m且在G波段波导的传输损耗对弯曲不敏感.在4.3 THZ频点波导的传输损耗随介质膜厚的增加而减小, 镀制介质膜可以大幅减小波导的传输损耗以及弯曲附加损耗, 孔径3.6 mm介质膜厚为1.2 μm的介质金属膜波导的传输损耗为2.84 dB/m.光斑能量则随介质膜厚的增加更加集中于低阶传输模式.

针对温度变化对光纤复合低压电缆(OPLC)传输性能的影响，综合考虑电缆温度场分布以及材料膨胀系数不同导致的应力差分布特性，建立了OPLC温度变化与传输损耗的数学模型。在此基础上，设计了基于电力场、光场、温度场和应力场等多物理场耦合的仿真模型，采用有限元分析方法，结合COMSOL Multiphysics仿真软件，分别模拟了OPLC在稳定运行状态和短路故障状态下的温度分布及光单元传输损耗特性。仿真结果表明，OPLC在稳定运行状态和短路故障状态下的温度分布及传输损耗与理论计算基本相符，由短路故障引起的光纤传输损耗呈平稳衰减趋势，在工程上可以忽略不计。

为解决现有多晶金刚石用于太赫兹 (THz)真空电子器件输能窗存在慢性漏气风险的技术难题, 介绍了一种高断裂强度、良好真空密封性能、低微波损耗的新型超薄复合多层金刚石膜的研制方法。该复合超薄金刚石膜采用微波等离子体化学气相沉积 (MPCVD)技术, 通过合理的结构设计和优化工艺, 实现微米晶金刚石 (MCD)和超纳米晶金刚石 (UNCD)交替沉积的三明治结构。测量 100 μm厚不同结构的复合膜断裂强度, 是同样厚度的 MCD的 2~3倍。将研制的复合多层金刚石膜用于 180 GHz和 220 GHz太赫兹行波管输能窗, 通过气密性检测, 漏率 ≤1×10-10 Pa.m3/s。窗的冷测结果显示, 180 GHz窗的 S11≤-15 dB(10 GHz带宽), 220 GHz窗的 S11≤-10 dB(20 GHz带宽), 均具有良好的射频 (RF)性能, 满足使用要求。为太赫兹行波管输能窗的研制提供了一种成本低、可靠性高的超薄金刚石膜的技术途径。