21世纪人们已经全面进入了信息化时代,这也是继蒸汽时代,电气时代之后又一个伟大的时代,而信息传输主要依赖的是以半导体材料为基础的微电子电路技术。随着集成电路的发展,从起初的小规模集成线路逐步发展成超大规模电路再到后面的特大规模电路的出现,微电子电路的集成也逐渐因为物理性质的限制而无继续大规模集成,这是因为电子电路本身的物理性质所决定的^[1]。因此,光电子集成以及全光通信技术慢慢成为了克服这种物理局限的发展方案,被人们逐渐关注且重视起来,光电方案或全光方案以其独特的优势成为未来主流的发展方向。随着信息时代对信息传输速率的要求逐渐变高,人们对于每个环节各器件信息处理的速度和器件总体集成度要求也变得很高,逻辑器件作为计算机数字运算中的基本器件,它的运行速度,性能指标直接影响到信息传输能力与质量的高低。基于硅基微环谐振器所设计出的光学逻辑器件^[2]以它独特的优势受到了人们的极大关注。本文以微环谐振器为研究对象,分析了微环实现逻辑运算的优势,总结了微环实现逻辑运算的两种方案。目前基于微环谐振器实现光学逻辑的方案有两种,第一种是利用光非线性效应^[3]的全光逻辑方案,因为光子的自身优势就是光子不带电,和电子的物理性质不相同,光通信不能实现用一束光去控制另一束光的传播方向和光信号强度,所以只能使用泵浦光对传输介质进行照射使传输介质的传输特性发生改变,这样另一束被照射的光信号其传播方向和强度都会随之而改变,从而可以控制连续波的输出波形,于是我们便可以将光信息通过泵浦光转移到无信息的被调制光之上,接着,通过改变两束泵浦光输出光强的功率组合,根据输入和不同输出端口的功率大小,分别计算出各自对应的反射率和透射率,于是相对应的消光比能够推算出来,从而定义了这两束光控制信号的逻辑值,最后便得到了数字逻辑关系。第二种是利用导向逻辑的电光逻辑方案^[4],避开了利用光的非线性效应,这样设计出的器件结构紧凑易集成,加工成本低廉。导向逻辑的运算方式和结果主要是由光网络拓扑结构所决定的,导向逻辑所使用的原理是利用控制逻辑数例如“0”或“1”作为高低电平来控制光网络中光开关的开合状态,这样光在光网络中的传播方向就会受到光开关的影响,从而在输出端口得到不同的逻辑结果。本论文以微环谐振器为研究对象,通过传输矩阵法对几种微环结构进行特性分析,在此基础上提出并设计了几款性能优异的光逻辑器件。主要完成工作如下:（1）通过对微环谐振状态的分析,阐述了几种常见微环结构的工作原理,利用弯曲波导耦合模理论和传输矩阵法分析了全通型、分插型以及串联双微环结构的传输特性,因为全通型微环可以实现“非”运算,分别仿真全通型微环在三种耦合状态下时延、相位、传输响应之间的关系,便于在下文D触发器中的应用。通过改变耦合间距使耦合系数发生改变最终确定了平行双波导结构在耦合间距相同时可以达到最大的传输效率。在实际仿真过程中引入石墨烯吸光材料吸收多余散射光,降低了结构信道间的串扰,提高了输出信噪比。（2）设计了一款基于微环二选一数据选择器的光学逻辑器件,通过仿真结果表明,该结构能够很好的实现二选一数据选择的功能,器件输出端透射率约为0.7,具有很高的逻辑对比度,快速响应周期为752 fs和高传输速率1.33Tbit/s,并且该器件结构的尺寸为39.2μm×73μm,器件结构小巧且非常利于集成,该逻辑功能的实现进一步完善了光学逻辑运算的多样性,并为以后更多位数据选择器的设计提供了基础,具有很大的研究意义。对于“Y”型波导,采用曲率渐变连接方式,光信号在波导中的的损耗最低。（3）利用微环光电开关效应提出了一款基于微环谐振器光学D触发器,基本思想是将D触发器中的“非”门和“与非”门电路用光逻辑门器件所代替,利用光学器件低串扰、高速率等优势使得器件性能进一步提高,最后对提出的方案和设计的结构进行仿真并进行了原理性验证。