近年来,硅基光子学因在全光通信网络的发展中有着不可替代的作用而引起了人们极大的研究兴趣。利用硅基波导的非线性可以展宽或者压缩频谱,这为我们获取中红外超连续谱和窄线宽光源提供了有效的方法。目前,利用光纤介质产生超连续谱和频谱压缩的方案需要较长的光纤长度和较高的泵浦峰值功率,这些不利于光子集成和系统稳定性。本文设计了几种结构简单的硫族化物波导,研究了中红外波段超连续谱产生和频谱压缩的非线性动态。一方面,深入研究了产生高相干、倍频程超连续谱的条件与影响因素。另一方面,实现了基于自相位调制效应的预置负啁啾脉冲谱压缩和光谱绝热压缩的频谱压缩方案。相关工作及创新成果如下:1.介绍了硫族化物的基本特性及研究现状,分析了中红外超连续谱的研究成果,讨论了几种频谱压缩方案。2.推导了非线性介质中的脉冲传输方程,即广义非线性薛定谔方程,并给出了该方程的两种普遍数值解法。分别讨论了非线性和色散这两种效应对在非线性介质中传输的光脉冲所产生的影响。3.研究了利用波导非线性使频谱展宽的现象,设计了一种脊型悬臂梁结构的硫族化物(As2Se3)波导,研究了其色散参量随波导结构参数的变化关系,通过仿真给出了该波导的最优参数值。分别研究了泵浦波长、峰值功率、脉冲宽度和波导长度对产生中红外超连续谱的影响。仿真结果表明:在泵浦波长为3.3 μm,峰值功率为900 W,脉冲宽度为100 fs,波导长度为0.87 mm时,产生的超连续谱在-40 dB下谱宽的范围为1.76～14.42 μm,达到了3个倍频程。进一步讨论了不同随机噪声水平对超连续谱相干性的影响。最后研究了基于超连续谱的光频梳产生。4.研究了利用波导非线性使频谱压缩的两种方案。为了利用自相位调制效应对预置负啁啾脉冲实现频谱压缩,设计了一种脊型As2S3波导,当在2.05 μm处泵浦时,利用长度为6.6 mm的波导,实现了压缩比为27.32的压缩效果。为了利用光谱绝热压缩实现频谱压缩,设计了一种脊型As2S3锥型波导,其色散参量随波导宽度的变化呈指数递增。当在1.74μm处泵浦时,利用长度为10 cm的锥型波导实现了压缩比为3.62的压缩效果。本文利用硫族化物波导在中红外波段良好的光学特性,仿真研究了高相干、倍频程超连续谱产生和高效频谱压缩的非线性动态。相关研究成果有助于获取片上中红外宽带光源和窄线宽光源,从而积极地推动硅基非线性光子学的研究与发展。