光子作为一种新的信息载体，被越来越多的人所关注，与传统的电通信相比，光通信拥有更快的传输速率和更大的通信带宽。硅基集成光学具有尺寸小、低成本、高带宽、高速和高抗干扰等优点，现在己成为人们在信息领域研究的热门。光学时域微分器由于在信号处理等领域有诸多优点和重要应用，受到了研究人员的高度重视。本文主要研究了基于绝缘衬底上的硅(Silicon On Insulator，SOI)的马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)耦合微环结构的集成光子器件，主要研究了以下内容：　　1)分析了光场微分器的工作原理，介绍了光学微分器的三个关键性能评判指标，工作带宽、处理误差和能量效率。简单介绍了基于微环方案的光学时域微分器，进一步提出了一种基于MZI耦合微环结构(MZI-MRR)的光学微分器，仿真证明调节MZI结构上下两臂的相位差可以达到了改变器件耦合状态的目的，从而实现可调分数阶微分。　　2)介绍了MZI-MRR器件的结构参数和工艺制作流程，利用热光效应去改变MZI上臂波导的折射率，达到改变MZI结构上下两臂的相位差的目的。MZI-MRR在临界耦合时的3dB带宽约为0.09nm，器件输出微分脉冲的阶数N从1.75-0.25连续变化。计算发现实验结果的平均误差小于6%，是目前己知的调谐范围最大的单微环结构光学微分器。　　3)提出了基于级联MZI-MRR器件的分数阶光学微分器和可编程光子滤波器。实现了阶数从0.37-2.40变化且微分误差小于8%的分数阶光学微分器。最后通过调节器件中微环的谐振频率和凹陷谱深度，实现了中心波长、带宽和滤波形状可调的光子滤波器。