近年来,随着互联网时代的到来,在万物互联互通这一理念下,人们期待着通信网络性能进一步提升。在过去的十年中,全光网络(allopticalnetwork,AON)因其具有大带宽,低延迟传输和低能耗的优势而不断发展,其满足了大容量数据传输,高带宽利用率等重要的通信需求。而AON的实现离不开全光信号处理技术的支持,光参量放大技术作为全光信号处理的关键技术之一,也得到了广泛的研究。现如今,高性能全光网络已进一步渗透进入无线通信、互联交换、以及数据处理等各大领域中,这对于高密度集成的光信号处理技术提出更高的要求。本论文结合硅基光子的高集成度的优势,研究了基于slot结构波导的色散特性及光参量放大,以满足高密度集成、高速大容量片上光信号处理的需求。论文的主要研究工作和研究成果如下:1.立足于广义非线性薛定谔方程(Generalized Nonlinear Schrodinger Equation,GNLSE),对四波混频(Four-Wave Mixing,FWM)及参量放大过程(Optical Parametric Amplification,OPA)展开分析。2.探究了色散特性对于相位匹配及传输特性的影响,论证了色散调控的必要性。研究了基于槽型(slot)波导的色散特性,实现波导零色散的调控。利用Herzberger-type和塞尔梅耶色散公式表征材料色散,分析了波导几何参数和材料对于波导色散特性的影响。以垂直slot结构波导为基础,设计了一种掩埋型slab/slot结构波导,通过优化波导结构在中红外波段3.02～8.5μm范围获得了变化范围在-7～+19 ps/nm/km的平坦色散;通过石墨烯的电控性质,设计了零色散可调的slot石墨烯-硅波导结构。3.研究了基于四波混频(Four-Wave Mixing,FWM)单泵浦结构的波长变换。研究结果表明,锗(Ge)和硒化砷(As2Se3)材料能有效地提升掩埋型slab/slot结构波导的平坦色散带宽和非线性;仿真结果表明,基于掩埋型slab/slot结构波导实现的波长转换带宽为2.95μm～5.08μm和7.8～13.05μm,恰好可以覆盖了 3-5μm和8-13μm两个大气传输窗。4.研究了基于FWM双泵浦结构的相敏参量放大和信号再生。在slot/slab结构石墨烯波导中,引入高非线性材料氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)和硒化砷(As2Se3)。仿真结果表明,在1550nm波段可获得高达29dB的最大增益系数,同时低泵浦功率条件下相位敏感型参量放大(Phase Sensitive Amplification,PSA)的最大消光比可达 42dB;同时,基于PSA还实现了 DPSK信号的再生,仿真结果表明,信号的EVM值分别由71.66%降至7.69%(含相位噪声)和时70.5%降至7.23%(同时携带相位噪声和幅度噪声)。