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而今，人们对信息传输量的要求与日俱增。密集波分复用(DWDM)系统是最有能力将网络传输容量提高到Tbit/s的技术方案。硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)具有损耗小、通道数多、易于制造等优点，是密集波分复用系统中的核心器件，具有很重要的应用研究价值。传统的硅基二氧化硅AWG对环境温度敏感，目前，此类AWG的应用需要采用温度控制器来稳定信道的输出波长，一方面增加了成本和系统的复杂性，另一方面限制了光学器件在系统集成方面的应用。因此需要从芯片本身出发研制出温度不敏感的器件。 本论文基于平面光波导的基本理论以及AWG器件的基本原理和基本设计方法，对AWG波分复用/解复用器件进行了深入而系统的研究，主要研究成果如下: 1、采用简单传输函数法和有限差分光束传播法（FD-BPM）对AWG的传输特性进行了模拟和优化。通过研究罗兰圆半径、输入/输出/阵列波导间距、以及它们与平板波导连接处喇叭口的宽度等参数对光谱的影响规律，对AWG器件的插入损耗、串扰以及通道间隔进行了优化，得到了优良仿真性能的16通道100GHz的硅基二氧化硅AWG，其最小通道插入损耗-0.998dB，串扰＜-46.3 dB。 2、首次在硅基二氧化硅AWG器件的输入波导、输出波导、阵列波导输入端和输出端上分别引入指数型锥形波导，通过优化锥形波导的形状和尺寸来实现平坦化。采用FD-BPM法系统地研究了器件的频谱特性。设计并模拟了50通道、通道间隔为100GHz的平顶型AWG器件，其1dB带宽大于通道间隔的50％，边缘通道插入损耗从5.2dB减小到了4.0dB，串扰小于-30dB。基于模拟结果总结出了锥形波导各个结构参数对器件性能的影响趋势和规律。 3、通过在阵列波导中光的传播方向上嵌入温度补偿介质来补偿光程差的变化，以实现器件的温度不敏感化。从光栅方程出发推导出温度不敏感AWG器件的原理方程，从理论上阐述了实现器件温度偏移完全补偿的方案。嵌入介质的那一部分阵列波导采用等间距的同心圆分布，使嵌入的介质端面垂直于阵列波导，有效地减小了光传播过程中的散射损耗，同心圆阵列波导的结构也可以进一步减小芯片尺寸，而且从整体结构上看器件输入输出具有对称性。嵌入介质的填充槽采用多次分割，形成多条分离的小条，与此同时阵列波导采用渐变展宽结构，进而减小因插入介质带来的附加损耗。利用FD-BPM法分析得出理论上引入附加损耗小于1dB。对嵌入介质的器件而言，波导没有统一的折射率，研究中采用等效替代的办法，统一用等效的折射率进行模拟评估。 4、基于国内制作工艺，制作出了50通道100GHz平顶型的AWG，实验结果表明器件平坦化性能得到改善，相比于常规的50通道100GHz AWG器件，1dB带宽0.39nm，增加0.138nm，增加了54.7％，插入损耗减小了0.87dB，串扰减小了3.67dB。制作出了10通道温度不敏感AWG，器件的温度特性得到改善。相比于常规的10通道100GHz AWG器件，中心波长随温度偏移从7.067pm/℃减小到了4.074pm/℃，串扰和均匀性基本维持不变，额外引入的附加损耗在可以接受的范围内，约为1.569dB。