随着高速宽带信息网络的发展，对高速宽带光信号处理技术的需求日益凸显。基于光子集成芯片（PIC）的小型化紧凑型光节点、光信号处理子系统/模块是实现先进光网络的核心与基础。尽管PIC技术降低了模块与子系统的成本与功耗，提高了器件的可靠性，但也大大增加了设计难度。为了实现“一次设计，制作成功”，必须研究精确的光波导分析方法和数值分析软件，构建通用且易于扩展的光子器件分析设计平台。　　 本文深入研究了基于有限元法（FEM）的波导模式、传输及带隙理论模型。分别提出并建立了FEM-SIM（谱折射率法）、双边界FEM-BEM（边界元法）算法模型，实现了光波导模式的快速高效分析。分别提出并建立了三维频域有限元束传播法（FEBPM）、基于时域有限元离散的两维TD-FEBPM（时域有限元束传播法）算法模型，提高了光波传输分析的精度。从微纳带隙光波导分析需求出发，引入有效原胞结构，建立了高精度有限元带隙模型。　　 针对微纳光波导关键部件及耦合封装设计需求，本文提出并建立了遗传算法优化模型。研制了基于以上各类算法的微波/光波波导有限元分析设计平台。基于所建立的并行计算网络环境，实现了大角度拐弯、直角分路、定向耦合、光束变换等核心单元以及高性能光波导器件的高效快捷优化设计。　　 针对当前光纤到户（FTTH）实际需求，本文提出并优化设计了一种基于多模干涉（MMI）直角分路单元的紧凑型硅基亚微米1×N光功分器，基于CMOS工艺，研制出1×32光功分器芯片。测试结果表明，该芯片功分均匀，光波波导有限元分析设计平台结果正确。