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由于集成的全光通信系统相比传统大体积光通信系统具有稳定性高,价格便宜的巨大优势,集成的全光通信系统一直是光学领域内的研究重点和热点,而非互易器件是集成光通信系统中必不可少的组成部分,非互易器件需要打破洛伦兹互易原理,然而打破洛伦兹互易原理一直是个研究难点,目前打破洛伦兹互易定理的方法可以分为两大类:磁光方案和非磁方案。磁光方案尽管可以获得较好的隔离效果,但是磁光材料与补充金属氧化物半导体工艺不兼容(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS);非磁方案不需要集成磁光材料和磁场,但是目前非磁方案实现的光隔离器在工作带宽、隔离比以及器件结构简化方面还需要进一步提高。因此本论文的研究目标是寻求一种不需要外加磁场、隔离效果尽可能提高的可集成非互易器件。硅基光波导集成器件由于具有和CMOS工艺兼容、原材料丰富、成本低廉等优点,被看好是实现片上非互易器件的重要器件平台之一,研究基于硅基的非互易器件具有十分重要的意义。本论文的主要内容可以概括为以下两点:首先,本论文设计了一种分段调制微环结构,该结构利用分段时空调制方法使得介质折射率随时间和空间同时变化,从而打破了洛伦兹互易原理,通过对结构进行时域耦合模理论和有限时域差分方法计算,结果表明,方案实现了单向光子跃迁效应,打破了洛伦兹互易原理,此外,本论文还讨论了如何利用该方案实现片上可集成的光隔离器,这对于实现片上可集成的光通信系统具有重要意义。此外,本论文还设计实现了一种光的非对称传输器件,光的非对称传输指的是当正向和反向光不同时存在时,正向和反向传输的光将走过不同的路径。方案通过挖崛光力这一新的维度,利用了两悬空单模光波导之间的光梯度力作用,有限时域差分方法的计算结果表明:在C和L波段内,正向传输透过率大约为-6 dB,而反向传输透过率被压制在低于-20.5 dB。该方案具有无源、工作带宽大、制作工艺与CMOS工艺兼容的优势,利用该方案,论文还列举了全光开光和全光与门两项应用,这对于实现全光信号处理具有重要意义。