在环境监测，食品安全，化学、医药产业和日常生活中，如何便捷地检测出目标物的化学成分成为了一个迫切的需求。传统的化学检测方法往往需要专业的检测人员在实验室进行，并且一种化学分子对应一种专门的检测方法，同时对多种混合物质鉴别的方法并不多见。拉曼光谱是一种指纹式的鉴别方法，一种特定的分子往往具有数个拉曼特征峰，这些特征峰的拉曼偏移是固定的。因此拉曼光谱可以通过特征峰同时鉴别出多种化学分子，检测时间仅需要几秒钟，而且操作简单，只需要将探头对准被测物即可，这为化学检测走出实验室提供了极大的便利。　　拉曼光谱仪推广应用的瓶颈之一在于仪器比较昂贵，即使是便携式拉曼光谱仪的价格也比一辆家用轿车高。其原因是光学元件的制造和装配成本难以降低。随着集成光学的发展，透镜、光栅等光学元件的功能可以用光波导组成的元件替代，芯片光谱仪成为可能。实现拉曼芯片光谱仪的一个关键技术瓶颈是多模光纤与光波导的耦合。由于拉曼信号是激光照射到目标物表面后的散射光，为提高收集效率，必须使用芯层直径100或200微米的多模光纤来接收，而光谱仪芯片光波导的芯层尺寸只有几微米，尺寸的失配使多模光纤到光波导的耦合效率很低。为解决这一问题，现有技术中有两种途径:一是采用拉锥的多模光纤减小出射光斑的直径;二是采用纵向耦合技术。但是光纤的拉锥技术成本高且难以获得10微米以下的出射光斑，而纵向耦合技术一般波长范围只有几十纳米，难以满足光谱仪的需求。　　本文分别对上述两种耦合技术在芯片光谱仪上的应用做了探索，包括两方面的研究内容。首先通过硅的各向异性腐蚀，制作多模光纤的固定对准结构，创新之处在于在前端制作锥形结构并灌注光学胶，降低光纤的出射角。另外研究了倾斜阵列波导结构的制造技术，在氮氧化硅光波导上面通过倾斜波导阵列将垂直耦合的多模光转化成单模信号，并耦合进波导中。　　第一章讨论了与芯片光谱仪和多模光纤/波导耦合技术相关的研究成果和理论背景;第二章阐述了端面固定对准结构的设计和制造过程。为降低对准的难度，设计了上、下两片的结构和相应的对准标志，当两片对准粘合后形成光纤的插孔，插孔的中心与两个硅片的交界面对齐，芯片光谱仪芯片通过对位标记面朝下对准安装在较大的硅片上，使光纤插入插孔后自动对准输入波导。　　第三章讨论了纵向耦合结构，该设计的创新点是通过倾斜波导阵列将多模光信号转换成单模信号阵列，然后耦合进氮氧化硅波导中。通过激光直写制作了间隙小于2微米的模板，机械加工了专用的光刻模具，通过有一定倾斜角的光刻后获得了倾斜的聚合物波导阵列。为了提高光刻效果，将模板和芯片浸入去离子水中，获得了较好的效果。与芯片光谱仪工艺结合，通过硅的各向异性腐蚀，将波导下的衬底硅去除，并蒸镀反射金属膜，获得了最终的器件结构。　　第四章对获得的两种结构的耦合特性进行了光学测试。为比较性能起见，首先搭建了芯片光谱仪的测试系统，通过三轴压电微位移平台实现了输出波导的自动测试，为观察和调整纵向耦合，设计制作了斜场显微镜和倾斜角测试系统，最终实现了耦合特性的测试。　　综上所述，针对芯片光谱仪开发中遇到的多模光纤与氮氧化硅波导的耦合问题。本文研究了端面耦合和纵向耦合两种耦合技术，其中端面耦合的创新点在于在光纤通道的前端制造了锥形光学胶结构，降低了出射光的发散角，得到的耦合器制造工艺简单，对准容差高，即使插入非拉锥光纤依然能达到拉锥光纤的效果，在未来光谱仪集成中将大大降低制造成本。纵向耦合技术的特点是采用倾斜聚合物波导阵列将多模信号转换成成束的单模信号，并纵向耦合进光波导中。本文开发了这两种结构的工艺，成功获得了与芯片光谱仪集成的耦合结构。另外，作者搭建了芯片光谱仪的测试平台，完成了芯片的光学测试。上述工作为芯片光谱仪的研制打下了基础。