半导体多量子阱平面光波光路器件(MQW-PLCs)和单模光纤的耦合是MQW-PLCs研制过程中的关键技术之一。影响其有效耦合的主要因素是模场失配。楔形单模光纤(WS-SMF)是解决单模光纤与MQW-PLCs出射的椭圆光场失配问题的一种有效手段。 本文首先推导并建立了分析二维渐变光纤的二维阶梯串联方法(2D-SCM)，获得了各区域模场分布和传播特性。在此基础上，建立了基于等效矩形波导的三维有效折射率阶梯串联法(EIM-SCM)模型，获得三维WS-SMF不同横截面出场分布和光波传输图景，从而得到比用BPM数值分析的结果更加精细和准确的WS-SMF出射场。接着，提出使用WS-SMF可以实现与带有2D-T-SSC的波导芯片的高效耦合，为MQW-PLC各类器件提供了可行的2D-模斑转换单元：建立了WS-SMF和半导体MQW光波导芯片耦合的射线理论分析和数值分析模型，优化了WS-SMF的结构参数：讨论了WS-SMF纵向，水平和垂直失配容差与耦合损耗的关系。最后，建立了WS-SMF测试系统，实验测出WS-SMF的工作距离和出射光斑尺寸，与理论和数值分析结果一致，从而证实所建立分析模型的正确性：建立了MQW-PLC器件裸片与WS-SMF精确耦合装置和光学特性测试系统，对2×2光栅型MQW滤波器进行了实验研究，获得其电吸收和滤波效应，达到预期结果。