随着集成光学的发展,越来越多的器件被集成到光学芯片上。一方面,为了实现高集成度、高稳定性的三维光学芯片,有必要研究三维空间光波导的耦合特性。对于此方面的研究,本文系统研究了三维集成光学芯片中波导间的耦合问题。另一方面,在集成光波导芯片中,由于光波导的双折射特性,会导致集成器件的总体性能降低。而偏振旋转器作为偏振分集系统主要的组件之一,可以大大降低偏振相关损耗和偏振模色散。对于此方面的研究,本文提出了基于绝热波导的偏振旋转器,在交叉偏振转换效率以及偏振消光比方面都表现出良好的性能。本文首先概述了光通信与集成光学的相关概念并介绍了本文涉及的集成光学器件中关键的器件。第二章主要概述了光波导的相关理论,包括光频率麦克斯韦方程、边界条件、亥姆霍兹方程、光波导模式、光波导理论的分析方法、光波导的耦合模式理论和几种常用的数值分析方法以及阐述了光波导的相关制作工艺。第三章主要对三维集成光学芯片中波导之间的耦合问题进行系统研究。首先研究了平行波导间的耦合特性,分析波导间距和周围介质折射率以及工作波长对波导之间耦合效率的影响,然后研究了空间交叉波导之间的耦合特性,分析波导间的夹角对波导耦合效率的影响。采用有限差分时域法（FDTD）与本征模式展开法（EME）进行数值模拟,结果表明波导的结构、位置和工作波长对波导间的耦合效率有重要影响。该研究结果可为集成光学芯片上的光路设计提供理论指导。第四章主要提出了一种基于绝热波导的偏振旋转器,它是由扭曲成一定角度的条形硅波导组成。采用有限差分时域法（FDTD）进行数值模拟,结果表明该偏振旋转器具有体积小、偏振消光比高、交叉偏振转换效率高等特点。在1.55μm波长处,偏振旋转器的交叉偏振转换效率高达0.996,偏振消光比高达35.03 d B。该器件的20 d B工作带宽约为210 nm。由于该偏振旋转器在转换波导模式的偏振方面表现出的较高的性能,因此在片上偏振分集系统中具有很好的应用前景。