硅光子学在最近几十年得到了迅猛的发展,尤其是对硅基波导非线性光学效应及其应用的研究非常广泛。硅基波导的非线性系数高、模面积小、限光能力极强,能够有效地应用于非线性光学的研究,是集成光电路不可缺少的重要组成部分。本文对硅基波导的结构进行了优化设计,数值仿真了飞秒脉冲在硅基波导中的非线性过程且在通信波段实现了连续波的波长转换,主要研究内容如下:1、综述了硅基波导发展的研究背景,叙述了硅基波导在非线性光学效应方面的应用及发展现状,介绍了硅基波导的基本结构类型以及新型波导结构。2、推导了光脉冲在硅基波导中传播的传输方程,以条形波导为例,对硅基波导的色散特性作了详细的分析,发现硅基波导的结构参数如宽、刻蚀深度等都对色散有很大的影响,通过合理的调节波导尺寸能够有效的控制波导的色散。详细的分析了自相位调制效应、色散效应、自由载流子效应以及脉冲的初始啁啾对光脉冲传输的影响。3、提出了水平方向的双沟槽波导结构,通过调节波导的宽度、高度、沟槽厚度等参数对波导的色散进行了优化,使得沟槽波导具有非常宽的平坦色散范围,平坦范围超过了800 nm。此外,在该波导上,数值仿真了飞秒脉冲的超连续谱产生,当输入的脉冲中心波长为1.86μm的时候,频谱展宽可达2500 nm。4、优化设计了脊形波导,对脊形波导的色散进行了调控,描述了该波导中的相位匹配条件,详细分析了影响相位匹配条件的因素,并利用四波混频效应在脊形波导中模拟了通信波段的波长转换,分析了影响波长转换效率的影响因素,波长转换的带宽最大有470 nm,最大转换效率4.7 dB。