近几年,光子集成回路(PICs)在大容量、高速率数据通信领域受到广泛关注,其中基于硅-绝缘体(SOI)材料平台的PICs具有尺寸小、集成度高、CMOS工艺兼容等优点,成为构建高速、大容量片上光互连系统的主要研究方向。偏振复用器与偏振分束器是构建硅基PICs的两类基础元件,前者通过实现两种偏振态的复用使器件通信容量翻倍,并可以和其他复用技术相结合进一步提高通信速率,后者通过分离两种偏振态来克服硅基光子器件中的偏振相关问题。本文旨在提出并优化基于硅基亚波长光栅(SWG)结构的偏振复用器与偏振分束器,为构建高性能PICs提供借鉴。论文首先综述了当前光子集成技术发展的背景与意义,概述了硅基光子学的优势以及面临的问题,详细介绍了各类混合复用技术与偏振分束器在国内和国际上的发展现状,给出了硅基光子器件主要性能指标的定义。其次,简要阐述了亚波长光栅结构原理,总结和比较了几类常用的数值计算方法。基于频域有限差分法(FDFD)和时域有限差分法(FDTD),分析了不同参数下亚波长光栅波导的模式特性和传输特性,同时详细分析了亚波长光栅模式转换器和定向耦合器的特性,为之后的器件设计奠定良好的基础。接着,提出并分析了一种硅基亚波长光栅微环偏振(解)复用器,将传统的微环谐振器用亚波长光栅结构组成,通过计算优化亚波长光栅结构的占空比和宽度等参数,使两个偏振模能够有效分离。计算结果表明该器件具有高消光比和低插入损耗。此外,对器件的制造容差做了简要分析。然后,提出并分析了一种硅基亚波长光栅偏振分束器,构建了一种由窄条形波导和亚波长光栅构成的特殊对称定向耦合器,解决传统对称定向耦合器中TE模耦合长度过长的问题,缩短了器件尺寸。计算结果表明,整个器件长度仅为9μm,同时在1550nm工作波长下,TE模和TM模均具有较好的消光比(22.9和18.4 dB)和低插入损耗(均为0.22dB),且高消光比和低损耗工作带宽可以覆盖整个C波段。最后,对本文的主要工作进行了总结,并给出对硅基偏振复用器与偏振分束器后续研究的进一步展望。