近年来,随着物联网、云计算、智能终端等的蓬勃发展,光通信网络系统中的数据量呈现爆炸式增长。为应对数据量的快速增长,5G移动通信技术和大型数据中心正成为热点话题。光纤通信系统正逐步迈向集成化、低成本和智能化,这对光纤通信系统中的核心部件——高速光器件,不仅带来巨量的需求,同时也提出了更高的要求。为迎合市场需求,高速光器件往小尺寸、高集成度、低功耗和低成本方向的发展势在必行。为提高通信网络中的数据吞吐量,产业界常采取的手段有并行传输技术和波分复用技术,这两种技术的实施有赖于不同的光器件技术方案。相比之下,波分复用技术因其器件集成度高,可节省光纤资源,成本优势明显而获得更多青睐。截止目前,国内在多通道波分复用高速光收发器件的产业化方面还较为落后。基于平面光波导的多通道波分复用高速光收发器件,因其工艺成熟、成本低廉和可靠性高等成为近年来的研究热点。III-V族激光器和探测器是构成光收发器件的关键元件,如何发挥它们和平面光波导两类器件的各自优势,面临着器件设计、封装工艺和器件测试等诸多难题。在国家863项目“高线性宽带光收发模块与多制式RoF系统验证”课题的资助下,本文提出了几种多通道波分复用光收发器件,并对它们的设计、封装工艺和测试进行了研究,主要取得的成果概括如下:(1)针对5G RoF模拟光模块的应用,设计并制作了一种低成本的基于平面光波导和单透镜耦合的4通道波分复用光发射器件。在本研究中,为了实现低成本的器件封装,采用柔性电路板和非气密金属壳子相结合的方式替代了价格昂贵的传统陶瓷气密壳子。进一步,在激光器和平面光波导之间,通过采用单透镜的耦合方式,获得了接近-3dB的耦合效率。本研究中对器件的设计、封装工艺进行了全面的探究。最后,对所制备的光发射器件进行了详细的性能测试。测试结果表明所研制的光发射器件可适用于5G RoF模拟光模块的应用,并且实现了15.5km单模光纤的零误码传输。(2)针对数据中心应用的100G CWDM4 QSFP28光模块,提出并设计了一种低成本、高耦合容差的基于平面光波导和双透镜耦合的4通道波分复用4×25-Gb/s光发射器件。同样地,为了获得低成本的光发射器件,本研究采用柔性电路板和非气密金属壳子相结合的方式替代了价格昂贵的传统陶瓷气密壳子。进一步,为降低器件制备难度,提出了在激光器和平面光波导之间采用双透镜的耦合方式。仿真和实验均表明,双透镜耦合可大幅提高透镜的耦合容差。本研究中对器件的设计、封装进行了深入的研究与摸索,并成功制备一只器件。最后,对所制备的器件进行了全面的性能测试。测试结果表明所研制的光发射器件,可实现信号速率为25.78125Gb/s的10km单模光纤无误码传输。(3)为进一步满足数据中心对紧凑型器件的期待,提出了一种低成本的基于平面光波导和端面耦合的4通道波分复用4×25-Gb/s光发射器件。对于传统端面耦合器件,激光器和平面光波导之间的耦合效率和反射光大小总是相互制约。为克服这一不足,本研究中提出了一种改进型的端面耦合结构。首先,对所提出的端面耦合结构的设计原理、耦合容差进行了仿真和实验上的研究。在此基础上,设计了一种基于改进型端面耦合结构的低成本光发射器件。进一步,摸索了器件的制备工艺并成功制备一只器件。最后,对所制备的器件进行了性能测试。测试结果表明该器件可适用于100G CWDM4 QSFP28光模块的应用。(4)针对100G CWDM4 QSFP28光模块的应用,设计并制作了一种低成本的基于平面光波导端面全反射的4通道波分复用4×25-Gb/s光接收器件。首先,提出了基于平面光波导端面全反射的4通道光接收器件的结构。接着,通过仿真计算了光电探测器与平面光波导之间的耦合效率和耦合容差,进而确定了相关的结构参数并完成了光接收器件的结构设计。进一步,摸索了光接收器件的制备工艺并成功制备一只器件。最后,对所研制的器件进行了评估测试。测试结果表明,所研制的光接收器件可适用于100G CWDM4 QSFP28光模块的应用。