随着微纳光子学的发展，光子集成的主要趋势是怎样减小器件的尺寸，这就要求导波结构的微型化。SOI波导在这一方面因包层和芯层材料之间较大的折射率差，对光场有较强的限制作用，结构大小在亚微米量级而受到广泛研究。但是，当光束从光纤耦合进入SOI波导时，因模斑大小的不匹配却引起了较大的耦合损耗。因此，怎样来提高微结构光学系统中不同组件间的耦合效率及光学系统与外部端口间的耦合效率仍然是一个需要解决的问题。光耦合器在光通信和集成光路中起着非常重要的作用，能有效地提高了光学系统中不同元件间光信号的传输效率。GRIN介质可以周期性的对光束进行扩束和会聚，可以被用作光束耦合结构来提高光纤与SOI平板波导间的光束耦合效率。首先，从波动方程出发研究了双曲正割GRIN介质中的模场分布，接着从几何光学的角度讨论了光线传播的轨迹方程和聚焦位置。利用有限元数值模拟法，研究了平面电磁波在GRIN介质中的分布；其次，在近轴近似下讨论了高斯光束在双曲正割GRIN介质中的传输特性，得到了束腰半宽变化的三种规律。借助光线传播的ABCD矩阵理论做出了理论解释。最后，研究了对称折射率分布型和非对称折射率分布型GRIN介质耦合器，来实现单模光纤与单模SOI平板波导之间的光束耦合。讨论了耦合效率分别随着GRIN介质的聚焦参数、高斯光束的入射倾斜角、SOI波导芯层的中心位置的变化。