随着电子技术的发展出现了瓶颈，人们将目光移向了比电子性能更加优越的光子，利用高速响应的光子代替电子，从而解决了电子技术所不能克服的制约。硅基波导作为光子传播的载体，其独特的性能是其他材料所不能比拟的，它具有大的三阶非线性特性和高的克尔系数及拉曼增益系数，强的束缚光的能力并能使光在波导中发生有效的非线性作用。此外，将硅和其他材料相结合，充分发挥各自的优点，也为硅基波导的应用开拓新的道路。本文主要研究了硅基波导在四波混频方面的应用，通过设计波导的结构使之在通信波段和中红外波段实现有效的波长转换和参量放大。本文主要研究内容如下：1.综述了硅晶体的光学性质及工业应用，讨论了硅基波导的结构分类和耦合方法，分析了硅基波导在线性和非线性方面的应用及发展。2.分析了硅和几种常见材料的色散特性，对硅基波导中的模式分布和色散调整进行了具体的论述，从经典麦克斯韦方程出发，详细推导了波导中的传输方程和求解方程的数值方法，并讨论了超连续谱产生的物理机制。3.提出了硅和高非线性有机材料相结合的有机混合型沟槽波导，计算了水平和竖直两种沟槽波导结构的色散、模式分布、有效模场面积和非线性系数，得出水平结构的波导更适合于通信波段的非线性应用，通过四波混频效应在水平结构的波导中实现波长转换，理论上可在4mm长的波导上获得了7.45dB的转换效率。4.在中红外波段，提出了一种中间填充硅纳米晶体周围包围硅的条形波导结构。通过调节这种波导的高度、宽度、中间夹层的厚度等参数来优化波导的色散，获得了平坦的色散曲线。利用四波混频效应，在条形波导中实现了中红外波段的参量放大。