平板光波导是导波光学和集成光电子学中最基本的光学元件，其导模模场可以用严格的麦克斯韦电磁理论来求解，也可由简单而又直观的线光学模型来描述。本文中，我们以平板光波导的线光学模型和电磁场理论为基础，主要研究以下两个问题。 一、全反射中是否存在如法国科学家Turnois所提出的因果律佯谬以及由此引起的古斯一汉欣时间是否存在。目前存在两种截然不同的观点：一种是全反射的总时间延迟应包含古斯一汉欣时间，并且始终遵守相对论中的因果律；另一种是全反射中的总时间延迟不包含古斯一汉欣时间，存在着违反相对论的因果律佯谬。我们首先从平板波导的线光学模型和电磁场理论入手，证明在全反射中只有包含古斯一汉欣时间，平板波导的线光学模型才和电磁场理论完全自洽，这样就间接证明了古斯一汉欣时间的存在，同时也解决了Gires-Toumois干涉仪中的因果律佯谬问题。其次，关于TM偏振光在负介电常数介质的界面上全反射时出现的因果律佯谬，我们提出，由于光线的实际反射点并不是在两介质的分界面上，而是处于分界面的前方。考虑到这一点，我们修改了古斯一汉欣时间的表达式，修改后的古斯一汉欣时间始终是正的。因此，这类全反射也不存在因果律佯谬。第三，对于在理想无吸收等离子镜面上的全反射，我们利用平板波导证明了全反射的总时间延迟恰好是群延迟时间和古斯一汉欣时间之和。同时，考虑到光线的实际反射点，TM偏振光入射时仍然满足因果律。第四，我们从平板波导中导模的群速出发，得到了古斯一汉欣时间的一般表达式。并且证明了在任何情况下，全反射的总时间延迟始终为群延迟时间和古斯一汉欣时间之和。因此，全反射始终遵守相对论中的因果律。二、研究了超短光脉冲的棱镜波导耦合问题，提出入射光的相干时间将影响棱镜波导耦合系统的反射率。通过引入自相关函数来描述入射光的相干性，我们得到了适用于超短脉冲和其他部分相干光的反射率公式。在新公式中，出现了相干损耗，这是由入射光有限的相干时间引起的。我们以飞秒脉冲为例，讨论了相干时间和导模阶数对棱镜波导耦合的影响，最后，用实验证明了理论的正确性。以脉冲光的棱镜波导耦合理论为基础，我们提出一种新的光谱整形方案，即利用棱镜波导耦合器对飞秒脉冲进行光谱整形。理论分析表明，棱镜波导耦合器的衰减全反射吸收峰完全可以满足光谱整形的要求。最后，我们对这个设想进行了实验验证。