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绝缘层上的硅(SOI)材料具有良好的光学和电学特性，成熟的集成电路(IC)制作工艺和设备可以应用或借鉴于SOI平面波导器件的制作中；硅的克尔(Kerr)效应、弗朗兹-凯尔迪什(Franz-Kedysh)效应和等离子色散(Plasma Dispersion)效应等电光效应可以应用于电光调制器和电光开关的制作中。SOI材料的发展为超大规模集成电路(VLSI)、微光机电系统(MOEMS)和平面光路(PLC)提供了一个共同的平台，使得光器件、电子器件以及机械固件等的集成成为可能。因此，在未来的光电子器件的发展中，SOI材料将扮演着重要的角色。 SOI材料上大折射率差脊形波导结构的特殊性带来了一些特殊的性质，必须从理论上深入地探讨；脊形波导大的弯曲半径在某种程度上制约了SOI波导器件性能的提高，使得多通道、多功能器件的发展受到限制。 针对上述问题，本论文对SOI波导的各种特性进行探讨并给出了详细的计算结果，首次用三维功率交迭积分法计算了SOI波导器件中波导过渡区的损耗，这种方法考虑了脊形波导模式分布对过渡区耦合效率的影响。 论文首次设计并制作了SOI上集成波导式转弯微镜(IWTM)，利用硅的KOH各向异性腐蚀特性制作出的微镜表面非常光亮，均方根粗糙仅为5.19nm，并且由于镜面是腐蚀出的晶面，其与晶片表面非常垂直。实验测得IWTM损耗约为1.5dB／镜面，损耗主要来源于镜面和波导间的水平移位，通过提高光刻精度和镜面腐蚀位置的控制精度，可以使性能得到改善。论文将SOI上的IWTM应用于光功率分配器和阵列波导光栅(AWG)的制作中，实现了结构非常紧凑的波导器件。 论文研制了SOI材料上的多模干涉器。测得4×4MMI的片内额外损耗在1～2dB之间，均匀性为0.19～1.48dB，芯片的长度约为2cm。 用MMI结构代替普通的直接分叉型Y分支结构，可优化分支性能，并且实验结果与理论计算非常吻合。实验测得基于1×2MMI Y分叉结构的紧凑型1×4功分器，片内额外损耗约为3.1dB，均匀性约为0.4dB。相比普通Y分支结构的功分器(损耗为4.3dB，均匀性为1.8dB)，器件性能得到明显改善。损耗基本是由于波导和镜面的平移误差引起。1×2MMI的性能已达到相当好的程度，与理论值接近。器件结构非常紧凑，在1cm×1cm大小的芯片上制作了5个器件。 AWG是DWDM全光网络系统中的关键器件，目前国外已有产品出售，但国内的研究水平不高，以理论工作居多，在实验结果上没有取得突破性的成果。 论文从工艺角度出发探讨了AWG的设计方法，详细地计算了二氧化硅材料和SOI材料AWG器件制作对工艺容差的要求。 论文对SOI AWG的研制进行了探讨，给出了阶段性的结论。论文结合实际工艺要求设计了基于二氧化硅材料的AWG，并通过代工厂加以实现，制作出可实用的AWG器件。8×8二氧化硅AWG封装后测得所有通道的插损值在4～8.2dB之间，所有相邻通道串扰小于-23dB，所有非相邻通道串扰小于-30dB。1×32二氧化硅AWG封装前测得插损值在4.2～7.3dB之间，相邻通道串扰小于-28dB，非相邻通道串扰小于-30dB。