希尔伯特变换在集成电域信号处理、图像处理等方面已有广泛的而重要的应用.而全光希尔伯特变换突破了光电转换的瓶颈,在处理带宽和处理速率方面有着数量级的提高.因此,集成全光希尔伯特变换是在先进高速通信系统领域有着重要应用价值的器件,吸引了全球相关研究者的关注,也是本篇论文的核心研究对象.本论文围绕全光希尔伯特变换,主要进行了以下方面的研究:　　(1)研究并阐述了全光希尔伯特变换的理论背景和基础原理.通过对国内外全光希尔伯特变换技术的研究及对比分析,本课题提出了一种基于平面布拉格光栅结构实现全光集成希尔伯特变换的方案,此方法具备更高的处理速度、更大的处理带宽、单片集成和工作稳定等优势.　　(2)建立大带宽集成化的全光希尔伯特变换理论设计模型.基于光栅耦合理论和传输矩阵法在Matlab软件平台上搭建了平面布拉格光栅的理论模型,分析了光栅长度、工作带宽、调制深度和切趾函数等不同参数和工艺设置下对平面布拉格光栅相关结构和光谱特性的影响.基于此光栅理论模型,设计并仿真了全光希尔伯特变换相关器件性能.　　(3)实验制备并测试了全光集成希尔伯特变换芯片.采用氢氧焰沉积法(FHD)和微机械加工得到原始平面芯片,再利用基于双光束干涉的紫外光直写技术同时在平面材料上刻写光波导与设计的光栅结构.实验搭建了平面光栅波导结构的频域以及时频响应的测试系统,完成了对制作所得芯片的性能参数测试,实验证实了所研究的平面集成芯片对于超快光信号的实时处理功能.　　通过本课题的理论和实验研究,主要取得如下成果:　　(1)实现了约60时间带宽积值的全光希尔伯特变换集成器件,工作带宽范围为50GHz至3THz,该项指标经调研已达到国际领先水平.　　(2)实现了对称式分数阶希尔伯特变换干涉结构的集成可重构多功能光子学滤波器,三种全光滤波处理功能如下:5GHz线宽陷波滤波器,12dB抑制比的可调单边带滤波器和精度提高3dB的50GHz瞬时频率测量模块功能.通过热调谐模块,使该器件具备可调谐和可重构特性.　　(3)实现了基于高双折射平面布拉格光栅的阶数连续可调的分数阶希尔伯特变换集成器件,初步实验证实了分数阶希尔伯特变换阶数具备阶数调节功能,其工作带宽可达120GHz.　　通过本课题的研究,对于平面集成波导与光栅器件进行了深入的分析,实现了多种基于平面布拉格光栅的全光希尔伯特变换新型集成器件,这些平面集成器件具备大带宽、可调谐等特性,在全光模拟信号处理和微波光子学等方面具有很大的应用潜力.