随着科学技术的发展，偏振光已经广泛应用于影视、通信、生物医学等领域。和光的其它标量参数如功率和波长相比，偏振反映了光场的矢量特性，包含更多信息，其表征和测量也更加困难。偏振分析仪是用来测量光偏振态的仪器，在遥感、成像、导航等众多领域中有着至关重要的作用。目前商用偏振分析仪大多利用空间波片对待测光做不同的偏振调控，并通过分立的探测器测量输出光强来反推出待测光的偏振态。它们通常结构复杂，稳定性差，成本高昂。近年来，硅基光子器件因其尺寸小、稳定性好、易于大规模生产等优势，在集成化、智能化的系统研制中受到重视。将偏振分析仪集成到硅基光子芯片上能够解决传统方案的不足，具有重要的研究价值。
　　然而在硅基芯片上进行偏振调控以及光强探测比较困难，到目前为止，硅基集成的偏振分析仪鲜有报道。因此，我们深入研究片上偏振调控机理，构建了具有偏振分析功能的硅基集成器件，提出了三种片上偏振测量方案。借助异质集成工艺，在芯片上制作了锗硅光电探测器，解决了片上光强探测的问题。实现了完整的硅基集成偏振分析仪。本文的主要内容概括如下：
　　推导了分时间型和分光型偏振分析仪的工作原理，介绍了其校准方法与主要性能指标。利用全矢量有限差分方法研究了硅基波导中的偏振模式特性，分析了硅基波导双折射效应的来源。介绍了硅基器件的制作流程、测试平台和方法。
　　借鉴传统分时间型偏振分析仪的结构，构建了等效的硅基波导器件，实现了偏振分析所需的调控功能。对涉及到的关键器件进行了仿真、制作与测试。最终制作出分时间型硅基集成偏振分析仪芯片，其尺寸为2mm×0.6mm。实验结果显示其归一化Stokes参数的均方根误差小于0.028。
　　研究了分光型偏振分析仪中的关键器件45°角起偏器在硅基芯片上的实现方法，提出基于包层刻蚀的片上45°角起偏器，验证了分光型硅基集成偏振分析仪的可行性。在此基础上，进一步研究了偏振分析矩阵，并借助4×4多模干涉耦合器来实现该矩阵，提出并实现了简化的分光型硅基集成偏振分析仪。实际制作的芯片尺寸为1.1mm×1.5mm，实验结果显示其归一化Stokes参数的均方根误差小于0.041。
　　借助反向设计方法，设计了一个超小的正六边形偏振调控单元，其边长仅为3.36μm。该器件能够实现偏振分析所需的调控功能，大幅简化了分光型偏振分析仪的结构。实际制作的芯片尺寸为1.1mm×0.25mm，仅为4×4多模干涉耦合器型的六分之一。实验结果显示其归一化Stokes参数的均方根误差小于0.046。最后对该芯片进行了电学和光学封装，设计了配套的数据采集电路以及可视化软件界面，构建了硅基集成偏振分析仪样机。