宇称时间（PT）对称原理已经被验证可以作为提高无线电能传输系统自由度的有力工具，但基于PT对称的并联-并联（P-P）拓扑结构无线电能传输（WPT）系统的工作范围仍然受到限制。为解决这一问题，提出了一种基于PT对称原理的并联-串并联（P-SP）补偿WPT系统。通过等效电路法化简系统电路模型，并利用耦合模理论（CMT）分析电容分配比对振荡频率、临界耦合系数、满足系统进入PT对称区域的耦合系数和负载电阻值范围以及传输效率等工作性能的影响。构建样机开展实验，以检验所提方法的适用性，结果表明：可以在仅损失2%系统传输效率的情况下，将传输距离由110 mm扩大到210 mm，该操作可为扩大应用范围、增加应用场景、优化激光无线充电系统中发送模块单元和接收模块单元的工作性能做准备。

基于法诺(Fano)共振传感特性, 提出了一种金属-介质-金属(MIM)波导耦合矩形腔结构, 目的是为了实现高灵敏度、高可靠性的折射率传感检测。通过耦合模理论和有限元数值模拟仿真, 分析了矩形腔中有无内嵌金属板两种结构的Fano透射光谱特征, 并且进一步优化了矩形腔内嵌金属板结构参数, 最后阐明了结构参数对其传感特性的内在影响。结果表明, 当入射光以TM模式入射到矩形谐振腔时, 会形成两个Fano模式共振峰: 第一种模式的品质因数(FOM)达9.4×104, 灵敏度为700nm/RIU; 第二种模式的FOM达8.4×103, 灵敏度为1200nm/RIU。研究结果表明此结构设计实现了双Fano峰检测, 同时各个模式品质因数都很高, 这为高性能微纳光学折射率传感器的设计提供了一定的理论参考依据。

提出一种用于密集波分复用系统的光子晶体光分插复用器，该器件为由一个光子晶体Aubry-André-Harper（AAH）谐振腔、一个光子晶体AAH反射腔以及两个光子晶体波导组成的三端口反射腔型光分插复用器。基于耦合模理论建立该结构模型，推导理论谱线并分析决定其传输性能的关键参数，根据理论结果指导基于三维时域有限差分法的仿真设计，得出器件的性能参数。仿真结果表明，该器件可以在1556.2 nm和1555.4 nm的工作波长下实现光波的上/下载功能。光子晶体AAH反射腔和锥形结构减小了光波在主波导上的泄漏和端口处的模式失配损耗，使得插入损耗与各端口串扰分别小于0.51 dB和-29.54 dB。所使用的AAH腔具有高Q值的特性，输出谱线的线宽仅为0.2 nm，尺寸仅为 19.35μm×13.33μm。该器件结构紧凑且简单，支持双信道分插复用，易扩展信道，可应用于密集波分复用/解复用器件，在大规模集成的高容量光通信系统领域中具有重要的应用价值。

相较于传统的单模光纤布喇格光栅(FBG)传感器, 少模FBG传感器在测量时不易受到外界无关参量的影响, 精度更高, 但其在光栅参数设计上缺乏相应的理论依据。针对此问题, 基于FBG耦合模理论, 利用OptiGrating和Matlab软件模拟分析了纤芯中存在LP01模、LP11模的少模FBG的反射谱。仿真结果表明: 区别于传统单模FBG的单峰结构, 少模FBG的反射谱具有三峰结构, 光栅周期、光栅长度和折射率调制深度的变化会对各波峰的反射率及中心波长产生规律性的影响。

针对啁啾光纤光栅的带通滤波特性, 设计了纤芯/包层复合结构的啁啾光纤光栅滤波器。基于光纤耦合模和传输矩阵理论及坐标变换方法, 对其光谱特性进行仿真分析, 验证了该光栅的双带通滤波特性; 对周期为536、537、538nm, 长度为8、10、12mm, 折射率调试深度为0.0002、0.0003、0.0004, 啁啾系数为0.05、0.10、0.15nm/cm的该结构光栅进行光谱模拟, 证明中心波长随周期增大而增大; 半峰宽度随长度、调制深度、啁啾系数增大而变宽; 反射率峰值随啁啾系数增大而降低, 随调制深度增大而升高。上述研究证明了该结构光栅具有双带通滤波特性, 且幅值带宽可调。

体声波(BAW)环行器是基于角动量偏置的一类新型无磁环行器, 为了能准确地预测BAW环行器的性能, 该文给出了一种基于耦合模理论(CMT)的设计方法。首先由CMT推导出BAW环行器的解析模型; 然后利用Matlab绘制出归一化调制参数与环行器性能指标之间的关系图, 并从图中选择环行器综合性能较好的调制参数点; 接着以串联谐振频率1.752 GHz、品质因数1 593的体声波谐振器(BAWR)为例, 计算出解析模型中的系数, 同时确定调制信号频率和调制深度; 再利用Matlab编程绘制出BAW环行器的S参数完成设计; 最后将基于CMT计算的结果和基于ADS软件谐波平衡(HB)仿真结果进行对比。对比分析结果表明, 基于CMT设计的BAW环行器插入损耗、端口隔离度、回波损耗与HB仿真结果基本吻合, 验证了CMT设计方法的可行性。

为设计高带阻损耗率光子晶体滤波器(PCSBF)结构, 通过选择适当的波导与长方腔谐振器耦合长度, 调整长方形谐振腔大小, 及内部m×n介质柱半径的大小等优化设计了该结构工作性能。用时域耦合模理论(CMT)定性分析了m×n长方腔谐振器设计的PCSBF工作特点, 得到了其强耦合帯阻损耗传输状态。用时域有限差分法(FDTD)研究了1440~1625nm波长段PCSBF输出性能。PCSBF归一化帯阻率曲线谱表明该滤波器带阻波段可具有归一化损耗率高、可调谐、平顶阻帯等特性。需要的帯阻波段依赖于该微型PCSBF结构设计, 在光纤通信和光路集成领域中滤除不需要的波长信号具有潜在的应用价值。

针对目前电光调制器插入损耗高的问题，提出了一种基于宽度调制(WM)型谐振腔的光子晶体电光调制器。该器件由输入端纳米线波导、硅基光子晶体波导和WM型谐振腔组成，前二者的连接处采用锥形结构，用于减少2种波导之间的级联损耗。根据时域耦合模理论与等离子体色散效应，采用WM型谐振腔和PN掺杂结构实现对横电(TE)模的调制，并应用二维时域有限差分法对其性能进行仿真分析。仿真结果表明：该器件在调制电压为1.24 V时可以实现中心波长为1553.91 nm的TE模窄带通断调制功能；在工作波长为1550~1560 nm时的插入损耗为0.16 dB，消光比为19.73 dB，调制深度为0.9894，Q值达1.5×104，尺寸约为20 μm×9 μm。