高速发展的纳米集成技术使得对芯片集成度的要求逐渐提高。然而传统金属互连网络具有高功耗、高延迟、低宽带等劣势,使得芯片上光互连网络(Optical network-on-chip,ONoC)逐渐引起了人们的重视。同时,为了提高光互连网络的通信带宽,人们开始将波分复用技术(Wavelength division multiplexing,WDM)应用在片上光互连技术中。该技术不仅提高了芯片的集成度,还为进一步片上功能集成提供了条件。本文主要开展了以下工作:1、理论设计并仿真了一种基于SOI的有源无阻塞五端口微环路由器,该器件可应用于大规模片上光互连网络,通过硅基热光效应调节每一个单元的谐振波长。该路由器可以实现44种非阻塞的路由状态。在1550nm波段,提出了5端口光路由器的最优设计和拓扑结构,并分析了输出光谱、插入损耗、串扰和功耗等性能。选取几种路由器数据链路进行分析的结果表明,器件的插入损耗为0.36~1.70 dB,器件的串扰小于-20dB。器件的功耗为44.2~154.8 mW。与文献中报道的其他器件相比,本器件将微环的数量降到最小为8个,并且其尺寸与已报道器件相比为最小尺寸。最后,通过采用3微环串联谐振器代替单微环结构,其串扰可低于-90 dB,并且功耗降低为12.8~44.9 mW。该器件可以被进一步的优化并应用于大尺寸的片上光互连光通讯网络中。2、提出了慢光增强型近红外吸收光谱气体传感器的通用模型及其分析过程,该传感器采用模式可调谐空心光子带隙光纤结构(HC-PBF)作为气体吸收池。分析了非填充和填充液体的HC-PBF和气体吸收增强型并填充液体的HC-PBF的模式参数。得到了用于测量不同种类气体的微流控参数的调谐规律。利用氨气(NH3)作为目标气体,研究了传感器的性能,理论计算了二次谐波信号和阿兰(Allen)偏差值。3、对基于CWDM和DWDM的多路传感系统的波导阵列光栅进行了设计与仿真,完成了CWDM、DWDM的参数优化和结构设计,构建了基于DWDM的多路光纤传感系统并进行了测试,实验结果表明,设计的系统可以实现多种传感器同时工作的多路光纤传感功能。4、在上述的光路由器与气敏传感器的基础上,利用优化设计的光路由器,对多路光纤传感系统进行了实验研究。同时将温度传感器和应变传感器等光纤传感器件连接到多路传感系统中,对该系统进行了一系列的优化设计与实验测试,实验结果表明,研制的多路传感系统同时具有温度传感、应变传感等功能,实现了由一片光路由芯片完成多路传感的功能。该系统只需要一个光源和一个探测器(或光谱仪),由计算机完成对光源、路由器、探测仪的控制,并由软件完成多路光纤传感器的选择、控制和性能指标的测试。研究的多路光纤传感系统具有低成本和高性能的优点。