基于绝缘体上硅材料平台，设计并制作了一种结构紧凑的高均匀性硅波导阵列波导光栅，其拥有8个输出通道并且通道间隔为200 GHz。分析了绝缘体上硅材料平台中硅波导的弯曲半径对弯曲损耗和有效折射率的影响。测试结果表明，该器件的插入损耗为19.6 dB，串扰为-15 dB，非均匀性为0.87 dB，3 dB带宽为1.06 nm，结构尺寸仅为294 μm×190 μm。芯片的制作工艺与互补金属氧化物半导体工艺兼容，这使得阵列波导光栅的大批量、低成本生产成为可能，对集成波分复用网络的发展具有重要的意义。

随着光通信产业和光互联技术的高速发展，具有高调制速率且易集成的小尺寸电光调制器件研究越来越重要。提出了一种以硅绝缘体（SOI）材料为基底的光子晶体纳米梁腔（PCNC）反射壁下载型电光调制器。信号光经过主线波导后首先被锥形波导耦合进一维光子晶体纳米梁腔中，然后进入下载波导并输出。优化主线波导与下载波导中反射圆孔的位置与个数，可以提高器件的整体透射率。纳米梁腔采用圆孔形渐变孔径，使得光束更好地被束缚在腔内。同时，在纳米梁腔两侧引入掺杂以形成PN结，施加较低偏压以改变纳米梁腔的谐振波长，从而实现工作波长光信号的“通”“断”调制。运用三维时域有限差分（3D‐FDTD）法对调制器的光学特性和电学性能进行仿真分析。结果表明，该电光调制器可以实现波长为1550.01 nm的光信号调制，调制电压仅为1.2 V，插入损耗为0.2 dB，消光比为24 dB，面积仅为54 μm²，调制速率为8.7 GHz，调制带宽为122 GHz，调制速率下的能耗仅为4.17 pJ/bit。所提出的电光调制器结构紧凑，性能优异，有望应用于高速大容量光通信系统和集成硅光子技术等领域。

微腔光频梳具有功耗低、可集成、梳齿间隔可调的特点，在各个领域都有广泛的应用。绝缘层上的硅（SOI）材料加工工艺与现有的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺兼容，使其成为最具前景的光子平台之一。本文设计了一种截面为脊形的硅基微环谐振腔，研究了各个几何参数对微环谐振腔色散的影响；数值求解了微环谐振腔热动态方程，并分析了不同参数对微环谐振腔热动态效应的影响。数值求解了LLE（Lugiato-Lefever Equation）模型，由于SOI微腔光频梳理论研究大多忽略了热光效应，因此本文分析了在模型中引入热光效应项后对光频梳产生和演化的影响。数值结果表明，在温度变化范围为0~0.16 ℃条件下，时域上光场最大功率值增加了22%，频域上光频梳展宽了221 nm。最后对两种热光效应条件下光频梳输出频谱进行分析，结果表明，光频梳在热光效应温度变化范围为0~0.32 ℃的情况下，相较于0~0.16 ℃的情况，带宽展宽了353 nm。

基于四波混频效应的全光波长转换技术在解决全光信号处理问题中至关重要。波长转换是通过波长转换器将受阻的数据转换到其它空闲波长上进行输出，可解决资源分配不足、通信质量降低的问题。硅基波导及光子晶体光纤等都可用于波长转换，但对于短距离通信，硅基波导更具优势。构建了一种新型MEH-PPV硅基光波导，通过有限元法对其进行了色散调控，分析了该波导在最佳结构下的相位失配特性及非线性系数的变化特性。结合该波导的传输损耗、相位失配特性以及非线性系数，建立了基于泵浦简并条件下的四波混频数学模型，分析了不同信号光功率、泵浦光功率以及波导长度下的波长转换效果。结果表明：采用MEH-PPV材料作为夹层的slot硅基波导，最大波长转换效率约为16 dB，其转换带宽为400 nm左右，在全光信号处理领域具有广泛的应用前景。

设计了一种基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用器，该器件主要由非对称定向耦合器和带沟槽的波导两部分组成.根据相位匹配条件，基模TE₀₀通过非对称定向耦合器耦合成一阶模TE₁₀，带沟槽的波导可支持光轴相对于水平和垂直方向旋转45°的两个正交的本征模，调整两个正交的本征模的相位差，使其进行简并，可进一步将TE₁₀转换为多种轨道角动量模式，并在第二个沟槽结构中进行复用.采用时域有限差分法进行仿真计算，结果表明：该器件可以实现拓扑荷为+1、0、-1的光子轨道角动量模式的产生及复用，且器件结构紧凑，尺寸小于80 μm×5.3 μm，损耗小于0.24 dB，适用波长范围为1.47~1.58 μm.该器件制作工艺简单，易于集成，可应用于轨道角动量复用系统等领域.

分析了硅基十字缝隙波导(SCSW)偏振敏感的原因，计算了不同偏振态下SCSW 的有效折射率和单模工作条件，分析发现通过合理的设计单模SCSW 的结构，可以达到偏振不敏感。提出并模拟了基于SCSW 的具有偏振无关特性的微环形谐振腔。该谐振腔的半径为3.7 μm，偏振无关的工作区域大约64 nm，自由光谱范围大约35 nm。

硅基(SOI)波导是近年集成光电子和集成波导的重要方向。对硅基纳米波导进行数值计算，讨论了空气包层和SiO2包层两种情况的双模传输特性，得到两种包层结构的双模工作区域和双模拍长与波导结构的关系。研究了SOI纳米波导中双模干涉现象以及双折射和温度对双模干涉的影响。

A novel, compact, and highly efficient fiber-to-chip evanescent coupling structure is proposed based on a subwavelength-diameter fiber. The coupling structure is characterized by a large misalignment tolerance and easy fabrication. The dependence of coupling efficiency on various parameters is calculated and analyzed. The simulation results show that a coupling efficiency as high as 95% can be obtained within a coupling length of <4 \mum.