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光子学在轨道交通中有着重要的应用,分别是光传输网络和光传感。光传感技术可以检测轨道健康状态、列车定位等。而光传输网络在轨道交通各个系统的协作过程中起着重要的信息通信作用。两者都是保证列车安全运行的关键。集成光学为高集成度、高速、大带宽、低功耗、低成本的光传感和传输网络的实现提供了可能。随着集成光学的发展,绝缘层上硅(Silicon On Insulator,SOI)材料平台以其折射率对比度大、集成度高、损耗低、成本低等优势成为了目前集成光子芯片的首选平台。无源可调谐光束调控器件在集成光学中扮演着重要的角色,包括光功率分路器,滤波器和调制器等。由于SOI材料平台具有较大的折射率差,很多光器件性能都受限于偏振态,这无疑会降低光学系统的稳定性。目前,偏振无关集成光学器件的研究受到了世界范围内研究人员的关注。不过,在简单结构上实现偏振无关性和可调谐性的同时保证光器件的基本性能仍然有待我们深入学习和研究。本文基于SOI光波导的特性和理论,提出了偏振无关且宽带可调谐的光分路器,和通带平坦且中心波长可调的偏振无关光滤波器,并通过数值仿真对它们进行了验证。详细描述如下:(1)基于对称MZ结构和方形截面波导,分析设计了一种偏振无关且同时宽带可调谐的光功率分路器,并通过引入时延优化了传统3-dB定向耦合器,实现了光功率分路器偏振无关性能和工作带宽的进一步提升。在TE和TM模式下,该分路器的带宽达63nm,偏振相关损耗低至0.001-0.089dB。该方案不仅结构简单,还同时实现了偏振无关、分光比可调谐和大工作带宽三种性能。此外,为了验证该器件加工的可行性,进一步分析了该结构的误差容限。(2)将方形截面波导应用到级联MZ结构中,进一步设计了一种波长可调谐且通带平坦的偏振无关光滤波器。通过数值仿真,所设计的滤波器自由频谱范围为6.09nm,3-dB带宽为2.8nm,偏振相关损耗约为0.05dB。同时,基于SOI波导的热光调制效应,实现了滤波器中心波长可调的性能。最后对该滤波器的误差容限进行了分析,验证了该器件加工的可行性。