红外光谱分析技术由于自身的独特优势,已经成功应用于许多领域。鉴于硅光技术具有高集成度、低损耗、低成本、与CMOS工艺相兼容等诸多优势,基于不同结构类型的硅基片上光滤波器件相继被提出。相比于传统镀膜滤光片,硅基片上光滤波器件具有体积小、重量轻、易调谐等突出优势,使其应用更加灵活、可靠,为光谱分析应用提供了关键器件技术。本论文主要针对光谱应用需求,重点研究了面向光谱分析的硅基片上光滤波器件及其热光调控技术。首先,本论文总结分析了专业实践期间参与研发的多组分红外气体分析仪研究工作。该气体分析仪采用基于朗伯-比尔定律和窄带滤波技术的非分散红外光谱吸收法基本原理。我们重点分析了其光学模块选型与设计,并搭建测试平台对所有待测气体标定、校准和性能测试。同时提出了交叉干扰补偿算法对混合气进行补偿,提升了气体浓度测量精确性。其次,本论文介绍了微环谐振器的基本结构和工作原理,并设计制作测试了弯曲耦合单环滤波器和游标型级联双环光谱芯片。基于热光效应,并通过游标效应,级联双环结构可实现大范围光谱测量。在实验室中,我们对该光谱芯片应用了金线焊接等封装方法,并对1561-1570nm波长范围进行扫描测试,得到了微环#1和微环#2对应的标定偏压关系(V1,V2),并进一步进行了光谱分析测试验证实验。为提升加热效率,本论文深入研究了硅基片上加热电极结构及仿真设计。基于热传导方程,建立了硅基光波导器件热学模型,分析了传统金属、新型石墨烯两种热光调控机制。进一步提出和研究了 一种新型石墨烯透明纳米加热电极,并应用于弯曲耦合型MZI结构,获得了低损耗(0.06dB)、高消光比(>20dB)、大带宽(140nm)的硅基片上热光调控单元器件,其上升时间和下降时间分别为4.2μs和7.2μs,功耗为9.3mW,为未来进一步实现高性能热调谐光滤波器提供了重要基础。