由于与CMOS工艺兼容,而且Si和Si02的高折射率差使得硅基光波导器件可以做的非常紧凑,基于这两点硅基光子学在集成光路中表现出显著优势。波分复用和偏振复用等复用技术能极大的提高光通信的带宽利用率,但是目前基于硅基的片上复用技术还没有到达成熟阶段。本文致力于多种硅基复用器件的研制,主要包括三种器件：偏振转换器、偏振分束器和波分复用器,具体如下。偏振分束器：首先设计并制作了基于少模波导的MMI结构的偏振分束器。器件MMI区的长度大大缩减。制作的器件在C波段消光比为10 dB,插损为2 dB。其次设计并制作了桥式定向耦合器结构的偏振分束器,在90 nm的波长范围内,消光比大于19 dB,而且插损在1 dB以内。最后本文首次将梯形定向耦合器结构引入偏振分束器。该结构极大的提高了传统定向耦合器结构偏振分束器的带宽,在100nm的波长范围内,制作器件的消光比大于16 dB,而且插损在0.4 dB以内,同时这种结构具有很高的制作容差,因此该结构的偏振分束器实用价值高。偏振转换器：首先设计并分析了基于光轴旋转和基于模式演化的两种直接实现TE0模和TM0模之间偏振转换的偏振转换器。这两种结构的偏振转换器制作容差较低,需要较高工艺水平来保证成品率。其次,本文提出一种新颖的以高阶TE模为过渡模的高性能单波导偏振转换器。为此,本文先利用光束整形的方法,设计了三个新颖的高性能高容差的梯形结构的单波导模阶转换器,分别实现了TE1、TE2和TE3模和TEo模之间的转换：再利用模式演化原理设计了TM0模到TE1、TE2和TE3模的梯形波导结构的模式转换器,设计结构同样具有高性能高容差的特性,设计过程中本文提出用L形截面梯形波导解决TM0模在T形截面梯形波导结构内不能转换的到高阶偶数阶TE模的问题；最终两种结构组合成完整的偏振转换器。三个偏振转换器的最小线宽都为500nm,测试结果显示在100 nm的波长范围内,以TEl模、TE2模和TE3模为过渡模的偏振转换器的插损分别小于0.4 dB、0.5 dB和1 dB,偏振消光比分别大于21dB,18 dB和23 dB。测试结果表明这些偏振转换器的性能非常高,将会在硅基光信号处理及复用系统中得到重要应用。集成的偏振转换及分束器：本文提出了一种基于L形截面波导的光通信O至U波段偏振转换及分束器。L形截面波导将TMo模转换成类TE1模,同时使TEo模保持偏振态和模阶不变。非对称Y分支将类TE1模与TEo模分束,同时将类TE1模转化为TEo模。器件总长度有两种：127μm和84μm。较长器件在1200 nm至1700 nm的波长范围内插损小于0.25 dB,消光比大于14 dB。而缩短后的器件在1200 nm至1700 nm的波长范围内插损小于0.27 dB,消光比大于14 dB。该器件具有较高制作容差。据我们所知,这是首次报道的可以在光通信O至U波段内工作的偏振转换分束器。波分复用器：本文分析并设计制作了基于Lattice-form滤波器的通道间隔为20nm的O波段波分复用器。整个器件只使用了一个定向耦合器,其他耦合器全部采用2×2 MMI以减少色散的影响。同时采用3μm宽延迟波导和基于MMI原理的紧凑型梯形模斑转换器,降低了器件对工艺误差的敏感性。最终制作器件的光谱和仿真光谱十分接近,1 dB通道带宽可达10 nm,各通道最低插损都在0.8 dB以内。