随着5G通信的到来,信息传递也朝着更高容量、更高速的方向发展。为了增大通信系统的传输容量,硅基芯片上的模式复用吸引了国内外众多学者的关注。本文围绕着器件小型化、大带宽、大制作容差的目标,设计并制作了硅基多模干涉耦合器原理的模式转换和复用/解复用器件。本文的具体工作如下:（1）首先,介绍了国内外模分复用器件的研究进程,重点对比片上模分复用方案的优缺点。此外,分析了数值仿真方法—时域有限差分（Finite Difference Time Domain,FDTD）和数值优化算法—粒子群优化（Particle Swarm Optimization,PSO）。利用FDTD算法对多模干涉（Multimode Interference,MMI）耦合器的三个重要特性展开研究:本征模特性、自成像长度关系和N×N结构MMI的位置和相位关系。（2）设计并制作了基于多模干涉耦合原理的初始结构和PSO优化型结构的两种模式转换和复用/解复用器件。实验结果表明,初始结构器件在C波段（1530～1570nm）内能够支持基模（TE0）和一阶模式（TE1）的转换和复用/解复用,在工作波长范围内两个模式的插入损耗均小于2 d B,串扰值均小于-17 d B。PSO优化型器件的仿真和实验结果均表明器件的传输性能得到了提高。其中,实验测试结果表明,PSO优化型器件在工作波长范围内两个模式插入损耗均小于2 d B,串扰值均小于-20 d B。（3）设计并制作了基于亚波长光栅多模干涉耦合器的大带宽模式转换和复用/解复用器件。在MMI结构中引入亚波长光栅以降低器件的波长相关性,从而扩展其工作带宽。仿真结果表明,复用器件的尺寸小于3.25μm×42.4μm,TE0和TE1模式转换和复用/解复用整体结构在波长范围1300～1600 nm内的插入损耗小于2 d B,串扰值小于-10 d B。测试结果表明,在1500～1600 nm波长范围内TE0和TE1模式的插入损耗值均小于5 d B,串扰值均小于-10 d B,证明了基于亚波长光栅的模式转换和复用/解复用器件的可行性。