光学滤波器作为一种功能性器件具有多种多样的使用场景,因此它在研究中受到了广泛的关注。随着集成光学系统的发展,各类片上滤波器的需求也不断上升。窄带器件在密集波分复用和微波光子学领域存在广阔的前景,宽带器件对应到通信末端的分发系统和信号处理也有很大的价值。虽然使用场景不同,但在集成光学系统中,这些片上滤波器往往存在着器件尺寸过大的问题。因此,在保证功能性的前提下,对片上光学滤波单元的集成化设计研究就显得很重要了。本研究将片上光学滤波器件区分为MHz量级的窄带滤波和GHz量级的宽带滤波器,对两类器件的集成化设计分别进行讨论。基于耦合模理论,分析滤波带宽和器件尺寸之间的制约关系。将慢光原理引入优化方案,利用一维光栅波导增大器件的有效折射率,从而在减小滤波单元尺寸的同时保持良好的工作性能,实现片上光学滤波单元器件的集成化设计。在超紧凑型片上窄带光学滤波单元的设计优化工作中,我们提出了一种针对片上窄带滤波器的实现方案,基于一维光栅波导,在获得窄带宽的同时极大地提升了器件的集成度和紧凑性。同时,还设计了工作波长在1550 nm的超紧凑型级联环腔滤波器,相比同类结构但未经优化的方案,器件单元的面积减小了三个数量级。该滤波单元等效1 d B带宽仅为2.1 pm(263 MHz),35 d B带宽为4.04 pm(504 MHz),滤波带边的滚降速度约为3.12×10~4 d B/nm,带外信号抑制比超过了100 d B,而带内的信号波动小于0.26 d B。在紧凑型片上宽带光学滤波单元的设计优化工作中,我们提出了一种针对片上宽带滤波器的实现方案,基于低色散慢光波导,在保持滤波特性基本不变的情况下提高器件的集成度和紧凑性。工作中提出了一种慢光区域远离布里渊带边的鱼骨状光栅波导,同时还设计了工作波段在1550 nm附近的带宽为GHz量级的片上光学滤波器,相比未经优化的器件,面积缩小了近50倍。该器件的1 d B带宽为820 pm(102.34 GHz),35 d B带宽为1167 pm(145.64 GHz),带边滚降速度达195.97 d B/nm,带内波动约为0.42 d B,同时带外信号抑制比超过120 d B,能够极大降低带外信号的干扰。本研究所设计的集成化光学滤波单元可以给片上光学系统提供更为小型化、紧凑化的功能器件,从器件层面推动光子芯片集成度的提高。同时,设计方案的提出也给相关同类型器件的集成化、紧凑化设计工作提供了思路,进而推动片上光子网络的发展。