模式转换器承担着波导基模到高阶模的转换任务，是片上多模光传输、模分复用传输的重要器件。基于薄膜铌酸锂平台，提出一种利用V形硅阵列的薄膜铌酸锂波导模式转换器，转换结构主要包括沿光传输方向排布的V形硅阵列，位于薄膜铌酸锂波导顶部。基于上述结构进行详细的设计与优化分析，在中心波长为1550 nm、转换长度仅为11 μm的情况下，实现了输入TE₀模到输出TE₁模的高效转换。模式转换效率为96.8%，串扰为-28.6 dB，插入损耗为0.78 dB。进一步对转换结构进行横向扩展，实现了输入TE₀模到输出TE₂模的高效转换。模式转换效率为91.3%，串扰为-14.3 dB，插入损耗为1 dB。若继续扩展，可获得其他高阶模。本器件及设计方法有望在薄膜铌酸锂波导多模光传输方向发挥优势，推动薄膜铌酸锂光子集成器件及回路的发展。

模式转换器能够完成波导基模到高阶模的转换, 是片上多模光传输、模分复用传输的重要器件。文章基于薄膜铌酸锂（TFLN）波导, 提出了一种利用纳米线加载结构设计的模式转换器, 转换结构主要包括沿光传输方向以锥形方式排布的硅纳米线光栅及利用相变材料构建的矩形纳米线, 两者分别位于TFLN光波导顶部的两侧。基于上述结构进行了详细的设计与优化分析, 在中心波长为1.55μm, 转换长度仅为6μm的情况下, 实现了输入TE0模到输出TE1模的高效转换（模式转换效率97.6%, 串扰-19.7dB, 插入损耗0.31dB）; 进一步对转换结构进行横向扩展, 实现了输入TE0模到输出TE2、TE3以及TE4模的高效转换, 若继续扩展, 可获得其它高阶模。本器件及设计方法有望在TFLN光波导多模光传输方向发挥优势, 推动TFLN光子集成器件及回路的发展。

提出一种异质集成型薄膜铌酸锂电光调制器，由底部氮化硅波导、中间BCB黏合层、顶部铌酸锂薄膜构成调制区波导结构，调制电极位于铌酸锂薄膜的上部且二者之间填充了低折射率的SiO₂，以利于实现折射率匹配并降低光损耗、微波损耗。进一步利用马赫-曾德尔干涉仪结构，设计了相应的电光调制器，并提出一种倒台阶型薄膜结构，该结构可实现输入、输出波导与调制区波导的高效耦合。对该电光调制器进行行波高速匹配设计，所得器件的半波电压长度积为1.77 V·cm，3 dB调制带宽为140 GHz，且调制区长度仅为5 mm。所提器件结构有望在大带宽薄膜铌酸锂电光调制器设计中发挥优势，助力薄膜铌酸锂光子集成器件的快速发展。

本文对基于级联反谐振微环的1×N树状波束成形网络芯片进行了理论分析。该结构采用反谐振微环实现低延迟抖动、大带宽的光学真延迟，并利用树状结构来减少延迟单元的数量，可用于宽带大规模微波光子相控阵天线系统中。针对微环单元初始状态随机的问题，本团队构建了一套自动化标定系统，利用光谱与微波延迟谱联合迭代优化来精准控制微环延迟量和谐振波长。测试了基于氮化硅的1×8低损耗波束成形网络芯片中的最长路径，实现了路径中所有21个级联微环的延迟离散调节，测得最大延迟量为560 ps，延迟抖动小于11.2 ps；同时验证了3个微环的延迟连续调节，3个微环在0～8 GHz带宽内的延迟抖动小于7.5 ps。本系统可以消除微环间热串扰对微环状态标定的影响，同时降低了芯片与硬件系统的复杂度。

设计并研究了基于金属-介质-金属等离子体环形谐振器的可调谐高性能多通道波分解复用器。通过环形腔的谐振理论分析, 发现通过调节环形腔的半径和填充介质折射率可以很容易地控制波分复用器的信道波长, 与有限元法模拟得到的结果吻合得很好。由等离子体波导和多个环形谐振器组成的多信道WDM结构增加了在电信波长的传输率, 传输率高达80%, 比最近文献中报道的结果高出两倍。所设计的多信道波分解复用器在高集成电路中有重要潜在应用。

根据磁光非互易相移原理,通过分析硅基磁光波导中导波光模式对磁化强度的敏感性,提出一种CeYIG/Si-CeYIG/SiO2硅基磁光波导结构,仿真分析了其模场分布和有效折射率的磁化强度依赖关系。将两个硅基磁光波导垂直放置并分别组成两个微环谐振器,进而设计出三维磁场传感芯片,通过测量两个微环中TE和TM两种模式下微环谐振波长的移动,可获得磁化强度或磁场的大小和方向信息。研究表明,在1 550 nm波长附近,通过优化波导截面尺寸,在CeYIG饱和磁化范围内,该磁场传感芯片在其法向和切向的磁场灵敏性分别为和,谐振波长的可移动范围约为200 pm。利用平面芯片结构实现了对三维磁场的测量,对三维磁场传感器件的小型化和集成化具有一定的指导意义。

设计并制作了一种全集成的基于波长路由的光真延时（OTTD）模块。该模块由两个相同的通道间隔为1.6 nm的16×16阵列波导光栅路由器（AWGR）与一组波导延时线阵级联而成。测试结果表明该模块性能优异，工作波长通道间串扰小于-27 dB，光纤端到端峰值波长的插入损耗约为12 dB。采用矢量网络分析仪测试得到延时线阵提供的光延时步长为(6.24±0.4) ps。该模块中两个阵列波导光栅路由器及延时线阵均被集成在一块硅基片之上，并且都由二氧化硅(SiO2)波导制作而成，整个器件尺寸为3.5 cm×3.5 cm。

概述了硫系掺铒光波导(EDWA)优良的材料特性及其巨大的发展前景，简述了硫系掺铒光波导结构设计及增益特性,同时对目前硫系掺铒光波导研究中存在的问题作出了总结，并对今后的研究工作也做出了进一步的展望。

采用光束传播法(BPM)获取一种全新的基于非对称Y分光单元的多模光功率分配器设计。针对光能量在多模传输波导中分布不均的特点，引入了基于圆弧结构的非对称结构，从而实现了对波导中能量的平均分配。通过对各设计参数与输出功率的关联分析，导出了一系列同多模功率分配器结构相关的公式。以此为基础确定了分别对应于62.5 μm，120 μm波导宽度的1×4，1×8多模光功率分配器的结构及具体参数。其器件长度分别为7.6 mm，21.7 mm。理论计算表明此两种器件在1.31 μm窗口具有极为均匀的分光性，对应的插入损耗为6.05 dB及9.06 dB，器件的偏振相关损耗大约在0.2 dB。