随着普适计算和云计算等数据业务的推广,数据中心和高性能计算机在近几年得到了迅速的发展,处理器单元的数量和处理器之间数据传输的速度也随之增加。而传统的基于铜线的电互连方式已经无法满足即将到来的Tbit/s的数据传输速度,因此光互连技术成为了目前最佳的解决方案。光互连技术具有超高吞吐量,大规模并行,低访问延迟和低功耗的优点。阵列波导光栅路由器(AWGR)作为光互连系统中核心的波长路由器件,实现了多个链路之间的同时互连,且作为无源器件,不需要额外的控制电路。另一方面,硅光子学的发展使得基于硅纳米线的AWGR具备了高集成度和低制造成本的优势。随着光互连系统对集成光学器件的要求越来越高,异质集成技术得到了长足发展,在硅基材料上同时实现光源、调制器、波分复用器和探测器是未来集成光电子学发展的方向。本文主要对基于硅纳米线的AWGR进行了研究,并提出了 一种利用翻转贴片技术的异质集成方案。本文首先详细介绍了阵列波导光栅(AWG)的基本工作原理,包括关键的结构参数和性能参数,分析了结构参数对AWG性能的影响。我们还介绍了 AWG的设计步骤及两种常用的阵列波导结构。然后介绍了 AWG的仿真方法,包括波导模式、自由传输区传播和波导模式与平板模式耦合的仿真。我们介绍了在绝缘体上硅(SOI)材料平台上实现硅纳米线波导器件的实验方法,以及如何对器件进行测试。本文接着介绍了 AWGR的工作原理及其路由特性,并给出了在SOI平台上实现硅纳米线AWGR的设计实例,并对其进行了仿真,得到了仿真光谱图。随后我们实验验证了4×20 nm、8×6.4 nm、8×3.2 nm和15×1.6 nm的AWGR器件,均实现了不错的插入损耗和串扰性能。然后我们介绍了提升AWGR通道损耗均匀性的辅助波导方法,对其原理进行了分析,通过对阵列波导输出光场进行调控可以在AWGR像面上得到平顶的强度分布,从而实现损耗均匀性的提升。我们对8×3.2 nm和15×1.6 nm的AWGR的辅助波导结构进行了优化仿真,并进行了实验验证,实现了通道损耗非均匀性为0.5 dB的AWGR。最后我们提出了基于翻转贴片技术的异质集成方案,利用翻转贴片技术将V型耦合腔激光器与硅纳米线AWGR进行异质集成,从而实现光路由芯片。我们对集成方案细节进行了分析,给出了具体实现方法。对分立器件进行了设计、制作与测试。我们还对翻转贴片工艺进行了详细介绍,并进行了探索性实验。硅纳米线AWGR作为未来光互连系统的核心器件,仍需要进一步的研究与探索,与其他光器件的集成将使其在光通信中扮演越来越重要的角色。