自导波光学问世以来,由于它在未来信息社会巨大的应用潜力,一直受到学术界和技术界的高度重视.经过三十余年的发展,今天已初步成为一门体系完整的学科.以导波光学为理论基础的光纤技术、平面型光波导技术、集成光电回路及集成光路技术获得了迅速的发展.半导体激光器、电光波导调制器和多路光电开关等一大批实用化光电元器件正在通信系统中越来越多地发挥着重要作用. 本文在一般介质平板波导的基础上,分析了双面金属包覆波导的特性.双面金属包覆波导结构由导波层、上下金属包覆层组成,上层金属比较薄,作为波导层覆盖层,同时也作为耦合层.双面金属包覆波导的导模有效折射率范围比一般介质波导大得多,没有比覆盖层折射率大的限制,可以介于零和波导层折射率之间.根据亚毫米双面金属包覆波导的性质,提出了一种全新的自由空间直接耦合方法.与其他的波导耦合技术,如棱镜耦合、光栅耦合等相比,不仅结构简单,而且有一些优良的特性.本文从理论上推导、实验上验证了亚毫米尺度双面金属包覆波导中的超高阶导模具有偏振无关性,并对导波层的折射率、厚度以及入射光波长非常灵敏的特性,为下一步的光电子器件研究提供了理论基础. 光学滤波器是光学应用的一个关键性器件,在激光光通信系统中,光学测量等领域具有广泛的应用.根据高阶导模对入射波长敏感的特性,本文提出了基于双面金属包覆波导的光学窄带滤波器应用.本文介绍了基于亚毫米尺度双面金属包覆波导的窄带滤波器的工作原理,并进行了实验验证,对器件的性能进行了测试和分析.初步实验表明:滤波器的谱半宽达0.08nm,中心波长可调,可调谐范围大,并具有偏振无关性,预计在波长锁定,激光测试领域具有应用潜力. 根据超高阶导模对导波层折射率敏感的特性,本文提出了基于双面金属包覆波导结构的反射型电光调制器,该器件的结构简单,仅由上下两层金属和导波层三部分组成.金属层既可作为包覆层又可作为电极.制备工艺非常简单,加工要求也不高,因此成本相当低廉.与波导传输型电光调制器相比,本方法制作的反射型电光调制器的插入损耗很小.由于器件基于准直光反射原理工作,在无线光通信、大孔径激光调制方面将会得到应用. 和棱镜耦合一样,双面金属包覆波导直接耦合还可用于薄膜参数测量领域.波导中导模的传播常数与导波层的厚度以及折射率密切相关,因此可以利用自由空间直接耦合技术测量波导中导模的传播常数,来同时求得导波层薄膜的折射率及厚度.由于双面金属包覆波导的特殊性质,还可以测量高折射率的材料,相比棱镜耦合系统大大拓宽了测量范围.由于采用金属作为包覆层,可以很方便的在导波层两侧施加电压,因此也可方便的测量材料的电光系数或者压电系数.这种方法会在有机材料、聚合物和光学波导器件等领域中有广泛的应用价值.