布拉格光栅是一个非常重要的光学器件,它在光纤通信中取得的成功有目共睹。随着硅基光子学这十几年来的迅猛发展,布拉格光栅又被赋予了新的使命。以绝缘衬底上的硅材料(Silicon-on-insulator, SOI)为平台制作光栅器件,工艺可与CMOS工艺相兼容,可大规模生产,极大地降低成本。由于SOI材料具有高折射率差的特点,所以硅波导光栅器件具有更加紧凑的结构,同时它与光纤光栅相比也具有了许多不同的特征。这些年来,众多学者对布拉格硅波导光栅的基本特性进行了广泛而深入的研究,已经成功将其运用于集成光路的有源和无源器件,如半导体激光器、波导输入输出耦合器、滤波器、分束器、偏振分离器、光上下路滤波器和传感等。布拉格硅波导光栅已经成为硅基光子器件不可或缺的一部分。但是,由于集成光学中应用需求的多样性,因而,对硅基布拉格光栅的研究仍是一项极富挑战性的课题。本论文的研究目的是设计并制作新型结构的布拉格硅波导光栅和基于光栅辅助耦合型结构的光子集成器件。本文的主要创新和工作在于：1.针对窄带宽滤波器在光通信中的重要作用,本论文在实验室原有工作的基础上,对外脊调制的脊波导光栅开展了进一步研究,实验测得的均匀外脊波导光栅的带宽为2.9nm,取样外脊波导光栅的带宽为0.4nm。2.针对谐振波长可调的布拉格光栅的应用需要,本论文提出了一种外脊调制的狭缝波导光栅,该结构具有耦合系数、带宽可调和工艺容差大的特点。本论文利用聚合物的强电光效应,在狭缝波导光栅中填充聚合物,结合了聚合物和狭缝波导光栅的优点,它能实现电光调制,计算结果得到该结构光栅的调节灵敏度可达到332nm/RIU。3.针对条波导光栅的光栅齿幅度很小,制作切趾光栅难度大的特点,本论文提出了一种新型的切趾光栅结构,通过调制光栅齿与波导间距,很好的抑制了光栅旁瓣,计算结果得到光栅的旁瓣低于-30dB。此外,该结构切趾光栅还具耦合系数可调与工艺容差大的优点。4.针对提高单路光链路的通信容量的需求,本论文研究分析了光栅辅助型耦合器。光栅辅助型耦合器可作为光上下路滤波器,是波分复用系统的一个重要器件。实验测量得到的光上下路波长为1538nm,3dB带宽为7nm,消光比达到了22dB。由于传统结构的光栅辅助型耦合器,直通波导存在着自身很强的布拉格反射峰,限制了该波段在通信中的使用。本论文设计了一种FSR-free的光栅辅助型耦合的光上下路滤波器,理论上可以将直通波导的自身布拉格反射抑制在低于0.1dB。实验设计测得其反射峰低于1.8dB。5.本论文还提出了一种结构简单和低串扰的基于多模光栅辅助型耦合结构的模分复用器,只需要一个单波长的光源即可实现四个模式的复用与解复用。模式间的转换可以灵活的通过改变光栅周期来实现,该器件具有工艺容差大,不需要精确的耦合系数和耦合长度。本论文在实验上设计了支持两个模式的多模光栅辅助型耦合器,测量得到光信号从单模波导耦合到多模波导的基模和一次模,光信号下路的3dB带宽和消光比分别为0.75nm和7dB,1.3nm和18dB。