作为密集波分复用（DWDM）光通讯网络中的关键器件，阵列波导光栅（AWG）由于其具有波长间隔小、信道数多、输出平坦、插入损耗小、串扰低、信号畸变小、误码率低、结构紧凑、利于集成、性能稳定等优点，被用作波复用/解复用、光路分插复用、光交叉连接、波长路由及波长监测等。这些优良的性能使AWG波分复用器从种类繁多的同类器件中脱颖而出，且后来居上，有取代其他同类器件的趋势。AWG器件的研究和制作相应地得到了迅速的发展，引起国内外许多研究者浓厚的兴趣并受到广泛的重视，已经成为热门的研究课题和新一代波分复用产品开发和应用的热点。　　 本论文主要对阵列波导光栅进行理论分析和结构设计，具体工作如下：　　 1，论文介绍了阵列波导光栅的工作原理。分析了信号光在阵列波导光栅里的传输过程，得到了光波分别在阵列波导与输入、输出平板波导的界面，输出平板波导焦平面上的光场分布，以及信道输出响应的解析式。分析和讨论了阵列波导光栅各信道的输出响应并计算出各项性能指标，通过频谱分析可以较快地扫描出一组合适的结构参量，设计出具有良好性能的AWG。结果表明用解析方法比商用光束传输软件（BPM）模拟要快得多，从而缩短了对AWG的优化设计周期。　　 2，由于相邻阵列波导的基模场在波导外有一定的交叠，积分区间长度取得过大，交叠区域的能量会被重复计算。本文用积分计算输入平板波导与每一阵列波导之间的光场耦合系数时，通过推导，引入一个因子，从而避免了光场耦合能量的重复计算，符合其实际的物理过程。　　 3，本文设计和研究了基于阵列波导光栅的高精度折射率传感器。该传感器利用阵列波导光栅的阵列波导区域对相位差敏感的特性，通过在阵列波导区域挖槽来测量通过沟槽的液体的折射率变化。由于阵列波导之间的相位差变化会导致输出波导的输入面的最大光强位置的变化，所以通过入射窄带光源并计算其中两个输出波导的功率比的变化，就可以得到实时的折射率变化。利用傅里叶光学和光波动理论的方法建立数学模型，经过综合考虑各种因素，设计了合理的参数。最后通过拟合得到折射率变化和光功率比的解析式。这种方法能够有效地消除仪器的不稳定性、内部损耗和环境影响带来的测量误差，提高测量精度。　　 4，本文对一种新型结构的阵列波导光栅（AWG）进行分析，该阵列波导光栅具有非弯曲的阵列波导，使用两个渐变的折射率平板波导（GISLAB）分别作为阵列波导光栅的输入与输出。该器件在制备粗波分复用器件（CWDM）时可有效减小器件尺寸。本文利用傅里叶光学和波动光学理论建立数学模型，设计了非对称结构的AWG，其背景噪音比对称结构的AWG降低了20dB，并可提高频谱宽度。最后利用反射镜和阵列波导光栅的路由特性设计了反射式阵列波导光栅，进一步减小了器件的尺寸。