自然界中昆虫的复眼,例如苍蝇的眼睛,是天然存在的多孔径曲面光学探测系统,也是天然存在的实时图像分析和处理系统,具有视场大、重量轻、体积小、对运动物体敏感等特点,是研究者们制作微光电传感器、微光电探测器、微光电成像系统的极佳模型,因此对昆虫复眼的结构、功能等进行仿生也引起了众多科学家、军事学家、医学家的兴趣。因目前仿生复眼多采用微透镜阵列、曲面小孔阵列等独立元件进行高精度耦合得到,为了能进一步减小复眼光电系统的体积,降低耦合难度,本文提出了微透镜、晶锥和波导一体化的仿生光学复眼的物理模型,并围绕其光学性质、制作工艺及应用展开了一定的研究工作。首先本文提出了一体化仿生光学复眼的物理模型,建立了微透镜、晶锥和波导一体化的仿生光学小眼的物理结构,提出使用光线矩阵方法对一体化仿生复眼的光学性质进行分析,经过详细的推导,得到其光线矩阵及主要基点参数。一体化仿生光学小眼的光线矩阵、基点等与圆柱形波导的长度有紧密联系。不同的圆柱形波导长度导致了实像方焦点和虚像方焦点。使用光线追迹的方法对一体化仿生小眼和光学复眼进行了追迹模拟。然后本文采用时域有限差分方法对非线性光学聚合物中的自聚焦效应进行了模拟,证实了在非线性光学聚合物中利用自聚焦效应自写入晶锥、波导一体化仿生小眼结构的可能性。基于数字掩模光刻系统的特点,提出使用FDTD方法对具有衍射面型的非线性聚合物光学薄膜的自聚焦效应进行了模拟与分析,因此本文对表面为平面,不带任何微结构、表面带有微透镜微结构、表面带有按底面半径均匀量化衍射面型微结构以及表面带有按矢高均匀量化衍射面型微结构共四种面型的薄膜进行了模拟。模拟结果表明:由折射率升高引起的自聚焦效应可以用来在非线性光学聚合物薄膜内写入波导结构;表面带有微透镜微结构和表面按矢高高阶均匀量化衍射面型微结构的非线性光学聚合物薄膜在与敏感波长相互作用时,自写入波导结构的效果与一体化仿生光学小眼的物理模型最为接近。本文详细给出了制作一体化仿生光学复眼的工艺流程,其中的光刻工艺分别采用了传统铬掩模版和数字掩模技术进行。提出采用具有一定曲率半径的基底作为支撑,制作曲面一体化仿生光学复眼,这种方法增加了曲面复眼所在曲面的曲率半径的确定性,降低了制作曲面仿生光学复眼的难度。对制作出的仿生复眼的三维形貌和光学性质做了测试与分析。使用傅里叶光学方法得到一体化仿生光学小眼的点扩展函数的数学表达式,且实验测试与模拟两者的结果相符。本文最后讨论了一体化仿生光学复眼在与其他光电器件集成中的应用。对一体化仿生光学复眼在与图像传感器集成方面进行了分析,另外对一体化仿生光学复眼在耦合半导体激光器与II光纤的应用做了讨论,结果表明,当一体化仿生光学复眼的圆柱形波导长度在一定范围内变化时,对耦合效率有一定的影响。