近年来,硅基集成光学由于其传输速度高、能耗低、信息处理密度大等优势,得到了大量的关注。相比于集成光路,当前集成电路随着物理尺寸不断逼近原子极限,摩尔定律即将“失效”,因此,信息科学技术的发展并不能继续依赖于集成电路,需要集成光路技术的参与来进一步加速信息处理速度。能谷光子晶体属于拓扑光子晶体的一种,实现方式简单并具有光波鲁棒传输的特性,这也使其成为了近期被广泛研究的微纳光子结构。将能谷光子晶体与硅基集成光学结合有望解决当前硅基集成光路传输过程中反射、散射严重的问题。在本论文中,基于能谷光子晶体的硅基集成光学平台,我们探索设计了多种硅基能谷光子晶体光处理器件,主要包括以下三方面内容:1、单向光抗散射传输结构研究针对能谷光子晶体单向光传输结构带宽较小的问题,本文提出了硅基板上的三角形气孔结构,在理论上既保证了空间反演对称性的破缺与拓扑非平庸性的出现,又保证了器件工作于更大的带宽内。最终,本工作实现了在光通讯波段内的单向拓扑光传输,在1550 nm附近的获得了约230 nm的工作带宽,其中单向工作带宽高达217 nm,鲁棒传输带宽达到了178 nm。另外,本文对带宽进行拓宽的理论研究也对后续宽带能谷光子晶体结构设计提供了新的思路。2、波分复用结构研究针对能谷光子晶体边缘态可调问题,本文提出了对拓扑边界处气孔尺寸进行调制进而改变边界处相对折射率,最终将调制作用到边缘态频率范围上的方法。这一方法可以无需任何外加条件对硅基能谷光子晶体结构的工作带宽进行改变。通过这一方法,本文设计了光通讯波段的硅基能谷光子晶体波分复用结构,它实现了1470 nm-1523 nm波段与1548 nm-1609 nm波段的两路波分复用,并且分别达到了最高22.7 d B以及24.9d B的对比度,这改善了传统光子晶体波分复用结构对比度低的问题。其中,本工作的边缘态调制方法也为硅基能谷光子晶体结构工作波段的按需设计提供了解决方案。3、层间拓扑光传输研究针对能谷光子晶体层间光传输问题,本文通过叠层方式设计了层极化型与层混合型双层能谷光子晶体,从而将层间自由度引入了能谷光子晶体。通过分析两种双层能谷光子晶体的能带结构与边缘态结构,进一步定义了层间拓扑数来对双层能谷光子晶体进行区分。最后通过层间传输的数值模拟,本文得到了层极化型双层能谷光子晶体具有的“层间定向耦合器”特性,这对使用能谷光子晶体的集成光学平台实现多维光传输建立了“层间连接器”原型设计的研究基础。