随着人们对信息的需求的不断增长,光通信网络对光器件也提出了更新更高的要求。基于渐变折射率材料的光器件是近年来的一个新兴的研究领域。利用渐变折射率材料制作的光器件可减少光学系统组件,简化加工工艺,可使光学系统微型化、轻型化、优质化并且易于装配。文章提出了一种横向折射率渐变的自聚焦平板波导。这种新型渐变折射率元件在横向上具有自聚焦透镜类似扩束和傅立叶变换的功能,在竖直方向上则有波导对光束的限制功能。它在光通信中有多种应用:可以用于半导体激光器、二极管阵列与光纤的耦合;可以用它制作光功率分支器;而且可用于制作直的阵列波导光栅(AWG)以避免常规阵列波导光栅的工艺弊端。首先采用几何光学方法分析了多模自聚焦平板波导的光学性质,提出了一种二维半矢量光束传输法(SV-BPM)方法来模拟单模自聚焦平板波导,制作出了0.25节距的自聚焦平板波导并进行了实验测试了它的光学特性。接着设计了基于自聚焦平板波导的单模和多模多端口光功率分支器,为了自聚焦平板波导和接收光纤阵列的有效耦合,设计了两种微透镜阵列;并分析了两种光功率分支器的整体损耗性能,制作出了多模光功率分支器,经测试其性能较好。最后设计了一种基于自聚焦平板波导的新型直阵列波导光栅。为研究新型直阵列波导光栅,先介绍了常规阵列波导光栅的原理、设计和二维标量光束传输方法(BPM)的模拟;然后介绍了新型直阵列波导光栅的工作原理,设计出了1×8的新型直波导阵列光栅,二维SV-BPM模拟结果显示:新型直阵列波导光栅可以实现较好的密集波分解复用功能。