多模干涉耦合器作为一种早在上世纪九十年代就得到广泛应用的结构,具有工作带宽大、制作容差大等优势。目前不断涌现的高新信息技术带来了更大的光通信需求,光通信系统对器件集成度以及性能的要求越来越高,基于普通波导的多模干涉耦合器显然需要进一步的优化。亚波长结构是光子学中一个里程碑式的发现,在提升器件性能以及设计灵活度方面有显著的优势,随着高精度光刻技术的提升,亚波长结构在硅基器件中的实际应用越来越多。在传统波导中引入亚波长结构可以有效调制偏振以及模式,因此亚波长结构适用于设计偏振不敏感功分器与模阶数转换器,前者消除了SOI平台特有的高偏振敏感性并完成功率分配,是光通信系统中的常用器件,后者实现高低阶模式之间的转换,是模分复用技术中的核心器件。本文围绕多模干涉耦合器与亚波长结构展开研究,提出了高性能偏振不敏感功分器以及模阶数转换器的设计方案。首先对集成光子回路的发展历程以及研究意义进行综述,介绍了功分器与模阶数转换器的国内外研究现状,简述了目前亚波长结构在硅基无源器件中的应用,总结了本文的主要研究内容以及创新点。其次,简单介绍了多模干涉耦合器以及亚波长结构的工作原理基础,对几种常用数值分析方法的基本原理、边界条件、发展过程进行总结,利用频域有限差分法、有限元法以及时域有限差分法对亚波长结构的多模干涉耦合器以及多模干涉耦合器相关结构进行模式特性及传输特性的分析,为之后的器件设计奠定基础。接下来,将亚波长光栅嵌入多模干涉耦合器,提出了一种偏振不敏感的功分器,通过调节亚波长光栅的占空比实现器件中的偏振不敏感传输,并且切除边角波导,降低了偏振相关损耗、提升了器件性能,分析结果显示器件具有插入损耗低、工作带宽大、制作容差大的优点。然后,提出并分析了一种基于亚波长结构多模干涉耦合器的模阶数转换方案,实现了TE偏振态的基模到一阶模的转换。通过两组亚波长光栅对多模波导中所成像的相位进行调制,利用三维FDTD法确定亚波长光栅的位置、尺寸以及占空比的最优值,最终转换效率可达98%。在该结构的基础上进行扩展,实现了TE偏振态的基模到二阶模的转换,并利用切除边角波导的方式进一步提高转换效率、降低插入损耗,最终转换效率为94.8%。从转换效率、插入损耗、串扰三个性能指标评估器件,分析结果显示器件具有尺寸小、带宽大、制作容差大的优势。最后,对主要研究工作进行总结,并对后续研究进行了展望。