硅材料具有丰富的光学非线性效应，包括四波混频效应、自相位调制效应、交叉相位调制效应以及受激拉曼散射效应等，广泛应用于波长转换、超连续谱生成以及硅拉曼激光器等领域。同时，由于硅器件与CMOS工艺兼容，因而具有高可集成度、小尺寸、低成本和工艺简单等优势。硅波导作为基础的功能器件，同样具有丰富的非线性效应。采用离子注入的手段在硅波导中进行掺杂，可以进一步提高硅基波导非线性强度。硅波导非线性效应及应用的深入研究，对于进一步扩展硅基波导非线性器件的研究方向和应用领域具有重要意义。
　　本文介绍了硅波导中的非线性效应，并通过数值模拟分析硅波导非线性效应对混沌信号时延特征抑制和带宽增强的作用，进一步的，建立掺杂硅波导理论模型，分析非线性效应对波长转换的作用。本文的研究内容主要包括：
　　一、基于Lang-Kobayashi（L-K）速率方程和非线性薛定谔方程，建立硅波导非线性效应对混沌激光性能影响的理论模型。进一步的，分析硅波导内部参数，包括非线性系数γ、群速度色散系数β2、线性损耗系数α及双光子吸收损耗αTPA，以及外部条件如波导长度L、注入硅波导的混沌信号功率P对于混沌信号带宽和时延特征抑制的作用。选择合适的条件，实现混沌激光带宽增强和时延抑制。
　　二、基于简并四波混频效应，建立掺杂硅波导实现可调谐红外激光波长转换仿真模型。通过研究掺杂粒子剂量、掺杂区域长度，以及掺杂粒子尺寸的改变对于光脉冲光谱的作用，得到如下结论：通过调节掺杂粒子浓度，可以实现不同转换波长的可调谐输出。在掺杂粒子密度从0~100个/微米变化时，实现了从近红外波长（1.55μm）到中红外区域的可调谐波长转换，波长调谐范围达到225nm，最大转换波长2.85μm。