当前,几乎所有的微纳米光电器件均是理论与实践相结合而诞生的,量子理论与新型结构的结合预测了器件应有的性质,实践制造过程中产生的新现象又可能推动理论上的突破,二者缺一不可。然而,如今微纳光电器件对集成度的要求急剧升高,因此在设计微纳器件时,要实现越来越复杂,密集和稳定的片上光网络,将需要综合探索大量的参数空间,以便于实现更小的器件尺寸和更高性能的设备。通常情况下,基于全理论的光学器件设计很难兼顾很大的参数空间,而基于目的的计算机算法策略则可以在约束结果的同时尽可能在参数空间中寻找到最佳的参数组合。这些算法包括遗传算法,粒子群优化算法,水平集方法和特定几何参数等方法。因算法具有的这些优势,本文利用算法进行了两类器件的设计与优化,主要内容如下:（1）提出了一种新的光二极管设计方案,使用遗传算法（GA）设计了一组光学二极管,其器件面积仅为2.5×2.5μm~2,并且GA设计的这组器件具有实现高效单向传输的能力。仿真表明,1400 nm～1600 nm波长的高斯光束正向传输效率平均值可达65%以上,在1550 nm波长处达到峰值传输效率75%。设计波长在1500 nm～1600 nm的光二极管传输对比度平均值高于90%,满足单向性高、工作带宽更宽、面积小等要求。与光子晶体和光栅设计的结构相比,这些器件在光学二极管方面具有更多优势,例如透射对比度高、带宽大、体积小的优点。该方案的应用为全光二极管在光通信领域的设计和研究提供了新的思路。（2）提出了一种使用粒子群算法（PSO）优化塔姆态等离子体光探测器结构的方法,与传统的塔姆态等离子体光探测器采用周期性布拉格反射层（DBR）的结构不同,光探测器中的DBR的厚度和材料由PSO算法来决策,使用PSO优化设计塔姆态等离子体光探测器显著减小了其尺寸。仿真结果表明,采用PSO对塔姆态等离子体光探测器进行优化设计后,第一类光探测器的厚度由480 nm显著减小至271 nm,第二类光探测器的厚度由2500 nm显著减小至1215 nm,与原塔姆态等离子体光探测器相比,通过PSO设计的光学探测器具有光学性能不变、器件尺寸更小、更有利于集成的优点。该设计方法的提出,为光探测器的设计与研究提供了新的参考与思路。