光波导是一种新型光传输介质,尺寸小于微米量级,是信息技术和纳米技术的交叉应用之一,具有较低的传输损耗和较强的倏逝场,相关器件已应用在信息通信、工业控制、生物医疗、资源调查等各个领域,对人们的生活产生了巨大的影响。作为一种重要的光学元件,光波导微环结构具有较高的品质因素,良好的滤波特性和光存储能力,已经广泛被用来制作滤波器、光开关、传感器、光陀螺等重要光学器件。基于绝缘体上硅(SOI)的光波导微环结构不仅具有上述特性,而且还具有与CMOS工艺兼容、适合批量加工生产以及更小的弯曲损耗等优点,随着微加工技术的进一步发展,可有效满足光电一体化集成的要求,有利于光波导器件实现低成本化、芯片化,是实现便携式微环传感器、芯片光源等微纳光学器件的有效途径之一。因此,对光波导微环结构进行深入研究具有重要的科学意义。本文以光波导传输理论出发,研究不同结构的SOI光波导的传输模式,包括常见的三层平板光波导、条形光波导、脊形光波导、以及圆形光波导等,建立不同截面的环形谐振腔传输模型,分析光波导谐振微环工作原理与传感特性,深入研究微环结构的主要传感参数,并依据传输模型推导计算公式；利用optiFDTD仿真软件分析了直波导的模场分布以及微环结构的半径、波导宽度、耦合间距等关键参数对输出谱线的影响,通过优化设计确定最佳的结构参数；仿真对比了各类型光波导微环结构在相同结构参数下的灵敏系数、品质因子、测量范围等传感特性的变化；然后,根据氢退火光滑工艺理论,建立波导退火结构模型,仿真分析了退火过程对光波导微环传感特性的影响,依据仿真优化结果,利用MEMS加工工艺进行实物加工,实现单环谐振腔的制造,并初步进行氢退火工艺实验,探索氢退火工艺对波导粗糙度的影响。根据仿真结果可知,氢退火工艺对波导微环结构的传感特性具有明显的影响,通过氢退火光滑工艺处理后,具有圆形截面的光波导微环结构传感灵敏系数最高,而Q值和测量范围基本不变。这些仿真结果为将来后续退火实验测试提供了理论基础,并为光学环腔传感器件性能的优化提供数据支持。