密集波分复用技术被认为是光纤通讯系统中最有前景的技术.阵列波导光栅(AWG)由于具有高分辨率,多通道等优点在波分复用系统上起着核心作用.AWG可以作为复用/解复用器,路由器,可调滤波器等运用在不同系统和网络中.因而针对器件的功能不同,器件的设计参数不同.为了能设计出符合系统要求的器件,需了解器件的光学原理.AWG器件的两个最重要的指标为插入损耗和串扰.为了能设计出低插入损耗,低串扰的器件,需要分析影响器件性能的因素.该文以有效折射率法为研究手段,分析了波导的不同模式特性.以低折射率差的二氧化硅AWG器件为例说明了设计步骤,并给出了器件版图的设计方法.以傅立叶光学为基础,分别分析了高斯场和本征场在器件中的传播特性,结果表明用高斯函数近似本征场函数会导致较大的误差.用公式描述了光在器件中的传播过程,得到了比传输函数法更好的结果.在此基础上对器件的性能进行了优化设计,分析了影响器件插入损耗和串扰的主要因素.分析表明,器件的插入损耗主要来源于阵列波导与衍射场的耦合损耗和阵列波导的衍射损耗.分析了减小耦合损耗和衍射损耗的机理.分析了阵列波导的超级模,并首次根据超级模计算了阵列波导与衍射场的耦合效率,求解出耦合场在各阵列波导上的能量分布.工艺误差是影响器件串扰的主要因素,其中随机误差影响最大,相对随机误差只有小于10<-5>时对器件串扰的影响最小.阵列波导数,波导间隔以及阵列波导的能量分布对器件的串扰也有影响.阵列波导的能量分布越窄,器件的串扰越小,3dB带宽越大.计算了弯曲波导对器件的性能影响,指出在AWG版图中,弯曲波导的弯曲半径和弯曲弧度应尽量分布集中.该文还讨论了二氧化硅波导的双折射效应的产生原因.波导的宽高比和应力是产生波导双折射效应的两个主要因素.波导的宽高比对低折射率差的波导的双折射系数影响最小.用有限元方法计算了波导内部的应力分布,计算结果表明波导在两个正交方向受力不同,这导致器件有0.12nm偏振相关性,这一结果与文献报道数据基本相同.波导内部的应力不仅导致双折射效应的产生,还导致器件的中心波长向长波长偏移.在应力计算的基础上,分析了不同因素对器件偏振相关性的影响,对应力释放槽和调节上包层热膨胀系数这两种偏振补偿方法进行了可行性分析.计算结果表明,只有应力释放槽的深度大于一定值时才能对器件的偏振相关性有补偿作用,而改变应力释放槽的宽度对器件的偏振补偿效果很小;另外,结果还表明,只有调节上包层的热膨胀系数才能改善器件的偏振相关性能,而调节波导的下包层和芯层的热膨胀系数几乎没有作用.