提出一种基于绝缘体上硅的具有超高形状因子的光学平顶滤波器方案。该方案采用跑道型微环谐振器（RMRR）辅助非对称马赫-曾德尔干涉仪（MZI）结构，可实现的3 dB带宽为1.94 nm，相应的形状因子1（3 dB带宽与通带内功率下降10 dB时的通带宽度之比）和形状因子2（3 dB带宽与通带内功率下降15 dB时的通带宽度之比）分别为0.96和0.94，纹波因数（通带中最大功率与最小功率的比值）为2.40 dB。此外，分析了由RMRR引入的相移对该平顶滤波器性能的影响，并实验验证了通过调节施加在RMRR上的电压可以有效地调控其输出谱。该方案具有形状因子高、工艺复杂度低、体积小、质量轻、功耗低等优点，可广泛应用于高速光通信网络中。

提出一种具有模式保持功能的片上模式分离器方案。该方案基于多模干涉耦合器（MMI），通过在MMI多模区加入微型热电极，并通过合理设计热电极的位置和精确控制热电极的加热温度，实现TE0、TE1和TE2三种模式的分离，其插入损耗均低于1.06 dB，模式串扰均低于-15.38 dB。该方案具有模式分离数量多和可扩展的优势，可被广泛用于信号处理系统和通信系统中。

介绍了一种基于绝缘体上硅（SOI）的马赫-曾德尔干涉仪（MZI）型高灵敏度折射率传感器。在该传感器中采用悬空槽（SSlot）波导作为传感臂，条形波导作为参考臂，利用两臂不同模式之间的干涉提高传感器的灵敏度。分析了MZI型传感器的工作原理，推导了灵敏度公式，通过灵活调节两臂长度和合理设计SSlot波导，实现了9.824×10⁴ nm/RIU的高灵敏度。该传感器还具有尺寸小、制造简单等优势，可广泛应用于生物医疗、环境监测等领域。

大带宽光子滤波器被广泛应用于稀疏波分复用系统中，而在硅基芯片上实现结构紧凑、性能优良的超大带宽滤波器仍然是该领域研究的重点。提出一种基于光栅辅助反向耦合器的超大带宽硅基光子滤波器。利用窄波导更低有效折射率和更分散电场分布的性质，实现了带宽为92.9 nm、器件长度为250.6 μm的超大带宽滤波器。该滤波器具有矩形度高、带宽大、损耗低等优势，能满足稀疏波分复用系统中解复用等需求。

相移光栅是光子集成电路的基本元件之一，被广泛应用于多种领域中。与传统的反射型相移光栅相比，反向耦合型相移光栅无需光环形器，易实现大规模集成。提出了一种高Q值、超窄带宽的反向耦合型相移光栅。利用光栅的Moire效应，通过将不同周期的波导光栅组合在一起，实现了Q值为12893、3 dB凹陷带宽为0.12 nm的反向耦合型相移光栅。该相移光栅具有尺寸小、Q值高和凹陷带宽窄等优势，能被广泛应用于生物传感、激光器和波长滤波等领域中。

光路由器作为实现信号传输与数据交换的基本元器件，被广泛应用于片上光互连网络中。二维光路由器可以有效降低系统复杂度，并且可以满足片上光互连网络中多种拓扑结构对路由的需求。因此，提出一种基于单个微环谐振器的小尺寸、低损耗二维光路由器方案。所提方案仅采用单个微环谐振器，即可实现二维的路由切换。该二维光路由器的最大串扰为－11.65 dB，尺寸仅为100 μm×65 μm，具有结构简单、尺寸小等优势，可被广泛应用于信号处理系统、通信系统和互联系统中。

提出了一种基于绝缘体上硅的低纹波因数、高形状因子的片上光学平顶滤波器方案。该方案采用跑道型环谐振器辅助非对称马赫-曾德尔干涉仪结构,可实现纹波因数(通带最大功率与最小功率之比)约0.11 dB、形状因子(3 dB带宽与20 dB带宽之比)约0.79、旁瓣抑制比约22.78 dB、插入损耗约0.22 dB、自由光谱范围(FSR)约5.22 nm的滤波谱线。在不改变结构的情况下,通过成比例缩小相关尺寸,滤波曲线的FSR可相应变化。当尺寸缩小为原来的58%时,FSR增加至11.17 nm、形状因子为0.81、插入损耗为0.21 dB、纹波因数和旁瓣抑制比分别约0.14 dB和16.83 dB。最后,模拟了小尺寸滤波器在实际制作中工艺误差对器件滤波性能的影响,并进一步提出和证明利用片上微型热电极对该器件进行加热可有效削弱此影响的结论。该平顶滤波器具有尺寸小、质量小、制造简单、工艺容差大、纹波因数低、形状因子高、损耗小等优势,可广泛应用于频率梳产生、光开关等光信号处理领域。

在集成光学回路中,相较于对称的洛伦兹线型,非对称的Fano谐振线型能实现光传输强度的急剧改变,从而有效提升光开关、调制器和传感器的灵敏度。提出了一种基于光栅辅助微环结构的Fano谐振器。该谐振器采用绝缘体上硅材料,通过在跑道微环内加入两组波导光栅结构实现Fano谐振。基于传输矩阵理论,推导了该谐振器的传输谱线,并分析了器件中不同结构参数对Fano谱线谐振峰位置、凹陷深度和斜率的影响,实现了最高斜率为-299.67 dB/nm、凹陷深度为9 dB、损耗为6.4 dB的Fano谐振谱线。该Fano谐振器具有斜率高、尺寸小、制造简单等优势,能广泛应用于光开关、光传感和光探测等领域。