自然界各种物质都具有特定的发射和反射“光谱”特征,根据不同物质的光谱特征,就可以对目标物进行探测和分类。而光谱仪正是一种利用色散、衍射、干涉等光学原理,将待测的目标复色光按照频率高低分离为相应光谱的装置,可对被检测光的光谱组成进行精确测定,从而实现对目标物的光谱分析。如今,无损可靠的光谱分析已成为检测物质成分、含量和结构的强有力工具,广泛应用于生物医学、大气环境监测、水质监测、食品安全检测、空间探测、材料研发、质量检测、生态环境监测等众多领域。不同于现有实验室大型贵重的光谱分析设备,微型片上光谱仪能更好地满足现场实时快速检测的要求,实现样品分析的便携化、高效化和低成本化,因而具有广阔的市场及应用前景。针对可见光波段(400 nm～700nm)光谱分析的需求,本论文将主要研究基于二氧化硅材料平台的可见光波段刻蚀衍射光栅(EDG,Etched Diffraction Grating)器件。本文首先介绍了刻蚀衍射光栅的基本原理和重要参数,对用于设计刻蚀衍射光栅结构的一点法、两点法和三点法进行了详细的说明与比较,给出了刻蚀衍射光栅的数值仿真方法。接着,针对可见光光谱分析的需求,设计了基于二氧化硅材料平台的刻蚀衍射光栅。详细地分析了在小衍射级次(m=1)和大光谱范围(400nm～700nm)情况下,常规设计所出现的问题:非常小的光栅齿衔接面与较差的损耗均匀性。对此,分别提出了相应的优化思路和改善方案。通过改变中心输出波导位置和旋转光栅齿面角度,提高了大光谱范围下的损耗均匀性。此外,针对同时取得大光谱分析范围与高分辨率的困难,提出了跨衍射级次的刻蚀衍射光栅的设计。然后,基于二氧化硅材料平台,详细研究了可见光波段刻蚀衍射光栅的制作流程及测试方案。对器件制作的关键工艺进行了介绍,包括深刻蚀二氧化硅、光栅齿面镀铝等;最后,分析了测试结果,并做了补充性实验,对下一步的研究工作作了展望。