为了实现横截面尺寸为 50 μm×50 μm 的聚硅氧烷聚合物光波导的耦合转向问题, 设计了一种表面覆盖高折射率包层的多层蚀刻光栅耦合器。首先, 分析了影响聚合物波导光栅耦合器耦合效率的结构因素; 然后, 采用在光栅表面蚀刻高折射率层的方法, 提高了聚合物波导光栅耦合器的耦合效率; 接着, 对不同的周期(范围: 100~4 000 nm)和不同的蚀刻深度(范围: 0~50 000 nm)进行排列组合, 形成不同的光栅结构, 基于时域有限差分法编写程序, 遍历所有情况, 得到不同光栅结构下的光场情况以及其耦合效率, 找到使耦合效率最大的周期以及蚀刻深度。最后, 设计了多层蚀刻的光栅耦合器, 进一步提高耦合效率。当蚀刻深度为5 000 nm, 光栅周期为2 600 nm时, 带高折射率层的聚硅氧烷聚合物光波导均匀光栅耦合器的耦合效率达到最大, 为17.2%。采用多层蚀刻的方式, 对结构进行优化, 其耦合效率能达到37.4%。为聚硅氧烷聚合物光波导在光互连中的实际应用提供了理论依据。

研究了用于光互连的聚硅氧烷多模光波导直接弯曲时弯曲损耗与圆弧曲率半径的关系。用Marcuse的直波导近似法理论计算了其弯曲损耗，理论计算表明弯曲损耗随模阶数的增加而变大，随半径的减少而变大；光在波导中传输时，总弯曲损耗出现阶跃式变化，并且曲率半径大于4 mm时，波导的弯曲损耗小于1 dB/cm。用BeamPROP仿真软件仿真了5、10、20 mm三种曲率半径下的传输光场情况。利用数字化散射法测量了其弯曲损耗，实验结果显示曲率半径在5~6 mm时弯曲损耗值在0.55~0.8 dB/cm之间，考虑所制备的聚硅氧烷直波导固有的传输损耗，实验值与理论值基本相符。

采用含氢聚硅氧烷(HPSO)和二乙烯基苯(DVB)的交联体掺入聚二甲基硅氧烷（PDMS）中，使改性的聚二甲基硅氧烷（M-PDMS）折射率发生1%~1.8%的改变。M-PDMS及PDMS薄膜具有良好的光透射率和低的传输损耗，是低成本制备用于高速芯片间光互连聚合物光波导的理想材料。采用软成型和图案转移法，用M-PDMS及PDMS分别作波导的芯层和包层制备了截面为50 μm×50 μm，长度大于20 cm的聚硅氧烷多模光波导。用数字化散射法测量了所制备波导的传输损耗，测得输入光波长为633 nm时平均传输损耗为0.137 dB/cm。

新一代计算机光互连普遍采用的垂直腔面发射激光器（VCSEL），是波长为850 nm的多模激光器。为了更好地与其匹配，需要开发截面大小与其输出面大小接近的脊形波导。在成功制备了最小截面积70 μm×50 μm，直线长度21 cm聚硅氧烷脊形波导的基础上，对其损耗机制进行了理论分析。利用微扰理论分析可知吸收损耗可以忽略不计，主要损耗由上下表面和侧面粗糙度引起的表面散射损耗决定。利用变分原理和有限元方法分析了气泡、缺陷和杂质对场分布的影响，得出了基模和1阶模受到肉眼可辨的影响和发生跃变时气泡、缺陷或杂质的具体量值。利用CCD摄像法测量传输损耗，实验结果与理论结果基本相符。

垂直腔面发射激光器，目前在光互连中有着越来越广泛的应用。是一种波长为850 nm的多模激光器，其光输出截面达50 μm×50 μm，为了更好的匹配该器件，需要研制大截面多模脊形波导，并且为了满足芯片间光互连的需求，对互连波导长度具有较高的要求。通过改进制备工艺，研制了直线长度为21 cm的多模聚硅氧烷脊形波导，并成功完成了通光实验；搭建了一套对波导完全无损伤的测量系统，实现了对多模脊形光波导的无损伤测量，测得损耗平均值为约0.18 dB/cm, 并利用传统的截断法进行了验证。此外，该系统还可以用于不可见光波段的耦合对准。