硅基光子器件在光互连、光传感等众多应用方面扮演着越来越重要的角色。其中硅基纳米梁腔由于具有品质因子高、结构尺寸小、模式体积低以及没有自由光谱范围的限制等优点,引起了科研工作者的普遍关注。本文基于绝缘体上硅（SOI）平台提出了两种硅基纳米梁腔,一种是具有超低模式体积的领结型硅基纳米梁腔,另一种是具有高灵敏度的硅基悬空多槽纳米梁腔传感器。本文首先介绍了硅基纳米梁腔的基本概念、基本理论、模式类型、研究现状及应用。介绍了研究硅基纳米梁腔的两种数值仿真方法:时域有限差分方法和有限元方法。以空气模式硅基纳米梁腔为例,描述了硅基纳米梁腔的设计和制作工艺流程。此外,介绍了器件测试所用的垂直光栅耦合平台。本文设计并制作了一种领结型硅基纳米梁腔。通过优化该硅基纳米梁腔的领结型结构,使大部分电场被约束在领结型结构的尖端位置,从而实现了约0.1(λ/nSi)3的超低模式体积,比传统的硅基片上纳米梁腔小一个数量级。得益于腔体内的高斯型场分布,仿真优化得到结构的品质因子（Q）超过1×106,实验制作得到的品质因子也超过1.4×104。该领结型硅基纳米梁腔的总体尺寸仅为26.2μm×0.8μm。在此基础上,研究了领结型硅基纳米梁腔的热光非线性效应。提出并设计了一种硅基悬空多槽纳米梁腔传感器。通过优化该硅基纳米梁腔传感器的结构,使大部分光分布在低折射率区域,从而显著提高传感器的灵敏度。传感器的品质因子约为2.3×104,模式体积Vm为1.7(λ/nsi)3。利用有限元法仿真该传感器在不同背景折射率下的特征频率,得出该器件的灵敏度约为820 nm/RIU。此外,硅基悬空多槽纳米梁腔传感器的传感区域的总体尺寸仅为24μm×1.6μm。