近年来,随着新一代互联网技术的蓬勃发展,以社交网络、电子商务为代表的新兴互联网业务逐渐地融入了人们的生活,同时也创造出了前所未有的海量数据,为了满足人们日益增长的网络带宽需求,建设更大容量、更高速率的宽带光纤通信系统已经成为现代通信技术发展刻不容缓的必然趋势,而波分复用技术(WDM)凭借其显著提升光纤通信系统传输容量的特点,目前已经成为解决网络性能瓶颈问题的最佳选择。作为决定WDM光纤通信系统性能的关键因素之一,长波长PIN光探测器以其低成本、高灵敏度、易于大规模集成等优势,成为近年来光纤通信领域的研究重点。本文在深入研究长波长PIN光探测器结构及特性的基础上,从光探测器的特殊微结构和新型高反镜两个方面入手,进行了仿真分析和实验工作,取得了以下创新和研究成果：1、设计了一种基于GaAs基F-P滤波腔的吸收层侧向凹陷型微结构InGaAs/InP垂直腔PIN光探测器。本文通过在传统的‘’GaAs基F-P滤波腔+InP基PIN探测”结构的吸收层中引入侧向凹陷微结构,显著降低了探测器的有效结电容,同时进一步优化了不同探测器截面积下的各项器件参数。仿真结果显示,该探测器不仅能够在1550nm波长处保证66.32%量子效率,0.8nm的3dB响应线宽,同时还能最大限度发挥出侧凹型微结构带来的高速性能增益,3dB带宽可达到55.11GHz。2、设计了一种Si基偏振敏感的高折射率差亚波长光栅结构。从一维亚波长光栅理论分析入手,全面比较和研究了周期、占空比、光栅层厚度等参数对亚波长光栅光学特性的影响,找到了最优的器件结构参数,有限元法仿真结果显示,该光栅结构能够在1480nm至1680nm的宽光谱范围内对TE模达到97%以上的反射率,对TM模接近99%透射率。3、设计了一种基于Si基高折射率差亚波长偏振光栅的宽光谱增强型PIN光探测器。采用前文所设计的亚波长偏振光栅为高反射底镜,代替传统的介质膜DBR反射镜,并通过与PIN光探测器单片集成,从而增加了光经过吸收层的次数。同时还分析了不同结面积情况下,探测器的效率带宽积随吸收层数量和厚度的变化情况,找到了不同结面积情况下的最优化器件参数。仿真结果显示,在TE偏振光照射下,当探测器的截面直径为20μm时,3dB带宽可达到39.26GHz,同时量子效率能够达到79.09%,比没有引入光栅底镜时的量子效率提高了近40%。4、实验制备了吸收层侧向凹陷型InGaAs/InP垂直腔PIN光探测器。在器件的制备过程中,采用侧向选择性湿法腐蚀工艺,使吸收层形成了侧向凹陷微结构。器件测试结果显示,探测器在1550nm附近的量子效率约为1.58%,3dB带宽约为1.2GHz。