随着近几十年微纳光子技术的飞速发展,无源硅波导结构在各个领域展现出极大的发展潜力,特别是在片上集成高精度探测器方面,由于绝缘衬底上硅具有高折射率差,这使得集成器件的尺寸能够减小到微米级。微环谐振器作为一个典型的无源硅波导结构,由于其具有独特的波长选择特性,因此它是片上集成陀螺仪和片上集成滤波器等片上高精度探测器的核心器件。而且,将微环谐振器与石墨烯结合起来之后,能够有效克服传统的基于微环谐振器的热调制的众多缺点,实现片上可调谐滤波。本论文以硅基微环谐振器为研究核心,对耦合谐振光波导陀螺仪和基于石墨烯的可调谐滤波器进行了理论研究。本论文的主要研究内容包括:(1)对微环谐振器的基本理论进行系统研究,对其滤波特性进行建模,分析各个参量对其滤波特性的影响,使用三维有限时域差分数值计算方法模拟微环谐振器中的光场分布。(2)对石墨烯的基本理论和应用进行研究,分析其在近红外波段和近中红外波段的光学特性,使用光场模式分析和三维有限时域差分数值计算方法分析嵌入波导结构的石墨烯层对波导结构的各个参量的影响。(3)基于对微环谐振器阵列的耦合系数和微环的周长的周期性调制,提出了一种新的耦合谐振光波导陀螺仪结构。这种结构的陀螺仪有效地克服了现有结构的缺点,能够更加稳定和有效地对旋转角速度进行探测且探测精度能够达到0.0001~?h。(4)在蓝宝石衬底硅上设计了一种可调谐光谱仪,该光谱仪的工作波长是2.29-2.35μm,通过对嵌入波导的单层石墨烯上的电压进行调控,可以在45nm的范围内实现分辨率约为1.5nm的可控滤波。(5)设计了一个基于多层石墨烯和串联微环谐振器阵列的可调谐平顶带通滤波器。通过结构优化,我们有效地减弱了由不同波导之间的耦合引起的谐振频率漂移。通过控制多层石墨烯的费米能级,该滤波器的工作波长可以在整个C波段实现连续可调,且该滤波器输出端的带外消光比大于40dB,通带的3dB带宽大于2.8nm,插入损耗小于1.5dB。