光子集成器件在全光信号处理、光通信系统、微波光子学等领域有着巨大的应用优势,相对于传统的光电光转换过程,其具备更高的工作带宽、更快的处理速度以及可重构潜力。因此,光子集成器件一直是研究热点,也是本论文的核心研究内容。本文主要研究一种基于全光分数阶希尔伯特变换(FrHT)的平面集成式可重构光子滤波器件。该器件通过在硅基二氧化硅基底芯片上刻写FrHT光栅,并同时刻写出X型波导结构作为耦合器来调控和选择光路。利用不同热调谐状态调控器件的反射谱,可以实现不同功能的光学滤波器。这些光学滤波器在全光信号处理和微波光子学等领域有着巨大的应用潜力。本文的具体研究工作如下:(1)从光学希尔伯特变换的物理意义以及光学FrHT的定义出发,介绍了其传递函数表达式和基于布拉格光栅的实现方案。根据光栅耦合理论,通过数值计算和模拟仿真,进行了FrHT光栅反射谱的原理分析并建立了数学模型。(2)设计并建立了基于全光FrHT器件的仿真结构模型。主要利用来自芯片上两个相同FrHT的反射光在波导中进行耦合,通过热调谐模块造成的相位差改变器件的反射谱。当器件耦合器两臂之间相位差发生周期性改变时,其反射谱也会出现周期性改变,通过此方法赋予器件的可重构特性,增加了器件的应用灵活度。(3)通过FHD法制备出硅基二氧化硅的平面基片。利用双光束干涉的紫外光直接刻写技术在基片上制作出波导和光栅结构。搭建光学和射频测试平台,实验测试和分析了所制备器件在不同热调谐状态下的光谱响应,并与仿真结果进行比对分析。(4)数值仿真和实验分析了该器件的多功能滤波处理效果。当光学相位差为0时,器件可以作为光学陷波滤波器,可以实现200GHz的工作带宽,中心凹陷处半高宽为0.5GHz。当相位差为0.75?或者1.25?时,器件可以用于实现微波光子单边带滤波器,对于6GHz的RF射频信号可以实现12dB的单边带抑制比。最后本文分析了器件用于瞬时频率测量(IFM)的效果,仿真验证其应用于带宽约50GHz的IFM系统,可以实现较高的测量精度和较低的测量误差。