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作为一种新型的光纤光栅解调方法，阵列波导光栅解调方法具有解调精度高、速度快等优点。在阵列波导光栅解调系统中，光栅耦合器作为一种面耦合器，可以实现光波导的输入/输出耦合，并且它可以在系统的任何地方实现信号的上载/下载，大大增强了系统的灵活性。正是由于光栅耦合器的这种特性，在阵列波导光栅解调系统中，光栅耦合器具有不可替代的重要地位。 本文对光栅耦合器的设计和制备进行了研究，基于时域有限差分算法优化设计出了三种工作在中心波长为1550nm的光栅耦合器，分别为:均匀光栅耦合器、二元闪耀光栅耦合器和二维光栅耦合器。 基于时域有限差分算法对三种光栅耦合器进行了设计和优化，器件模拟耦合效率在1517nm-1605 nm波长范围内均高于60％，实现了高效率的耦合功能。进而设计了采用光栅进行耦合的硅基混合集成光探测器，将光栅耦合器应用在硅基混合集成光探测器的耦合中，实现了光探测器的高效耦合。仿真结果表明在1500nm-1600nm波长范围内，耦合进入有源层的效率高于69％，在1550nm波长附近，耦合进入有源层的效率达到73％，实现了高效率、宽带宽的硅基混合集成光探测器的设计。采用SOITECH公司顶层Si厚度为220nm、掩埋层SiO2厚度为2μn的SOI材料，通过新加坡微电子所代工，利用电子束曝光和反应耦合等离子工艺，完成了光栅耦合器的制备。对制备完成的光栅耦合器进行了光学测试，测试结果表明，三种光栅耦合器实测效率分别为35％，28.3％和38.7％。本文所设计的光栅耦合器具有较高耦合效率、波长响应范围宽、工艺制作简单等优点，适用于阵列波导光栅解调集成微系统。 本文的研究成果有利于光纤光栅解调系统的微型化、集成化，将对光纤光栅传感解调的发展起到重要推动作用，对于未来光纤光栅解调系统的全硅光电集成芯片研究具有重要意义，同时也为拓展光纤光栅传感技术在面向健康、生命科学和航空航天的应用奠定基础。