互联网的出现使人类迈入了信息化时代,这也对信息传输的容量和速度提出了更高的要求。集成光学应运而生,以光子取代电子,以集成光器件取代传统的分立光器件,具有体积小、能耗低、带宽大、性能稳定和成本低等诸多优点,近年来,在光通信、光互连、光传感和光计算等领域有着越来越多的应用。光功率分束器作为集成光学的核心器件之一,对光场进行分束与合成,是其他复杂光器件和系统的重要组成成分。目前,关于光功率分束器的研究已经开展了很多相关工作,然而依然存在一些问题,如波长敏感,偏振敏感,尺寸较大,仅对单模工作。本文针对不同的应用场景,分别研究了小尺寸大带宽和支持多模工作的2X2 3 dB光功率分束器。此外,当前单一的波分复用技术已难以满足带宽井喷式的增长需求,为进一步扩大信息传输容量,需结合多种复用技术,如模式复用技术和偏振复用技术。对于模式复用技术而言,模式的转换与耦合是研究的重点。因此,本文分别研究了 850nm波段和1550 nm波段的基于集成光学的模式复用-解复用器,可用于实际的基于少模光纤的模分复用通信系统中。首先,本文从波导理论出发,分析了平面光波导中的模式特性。接着,介绍了在实际光器件设计中常用的几种数值算法。对集成光器件的制作工艺和测试表征方法也进行了详细地阐述。从理论、仿真、制作和测试四个方面对平面光波导技术进行了概述。然后,针对光功率分束器波长敏感的问题,本文提出了一个基于亚波长光栅协助的非对称定向耦合器结构。通过亚波长光栅结构调节非对称定向耦合器的折射率和模式色散,从而获得超紧凑和超大带宽的光功率分束器。对于所设计的器件,耦合区长度仅有5.25μm,工作带宽却可达300nm,功率分束比保持在3±0.4 dB之间。实验结果与仿真结果基本吻合。针对光功率分束器仅单模工作的问题,本文则是提出了一个基于浅刻蚀的多模干涉耦合器的结构。通过调节多模干涉仪的折射率差,减小高阶模的相位误差,以支持多个输入模式的完美成像。对于所设计的器件,可支持TE0和TE1两个模式工作。对于TE0模式,在1.5-1.6μm的波长范围内,插入损耗小于0.4 dB,非均匀性小于0.12dB。对于TE1模式,在1.53-1.58μm的波长范围内,插入损耗小于0.5 dB,非均匀性小于0.2 dB。其次,针对850 nm波段的模式复用-解复用器,本文利用SU-8脊形光波导,设计了一个基于双芯绝热锥形结构的双通道模式复用-解复用器,可实现LP01与LP11a两个模式的复用与解复用,并且能与普通标准单模光纤高效耦合。对于所设计的器件,在0.75-0.95μm的波长范围内,两个模式通道的插入损耗均小于0.66 dB,模间串扰也小于-31 dB且偏振不敏感。针对1550 nm波段,本文则是利用单片集成,设计了一个双偏振模式复用-解复用器,可实现包含双偏振在内的LP01、LP11a和LP11b六个模式的复用与解复用,大大扩展了传输容量。对于所设计的器件,将不仅便于与少模光纤高效耦合,同时也便于与其他集成光器件进行单片集成。为未来大容量的光通信网络提供了一种切实可行的解决方案。最后,对全文的主要工作进行了总结,并对后续可继续开展的研究做了展望。