光纤通信技术的蓬勃发展源自于光传输与光交换技术的突破。在光传输领域,未来的发展趋势是更为复杂的高级调制格式与多级复用方式的结合,以进一步提高链路的频谱效率;在光交换领域,全光信号处理以及光电子器件的集成化与智能化则是未来的发展方向。集成的光电子器件相较于分立器件具有更低的功耗和复杂度,还具有更好的工作稳定性。随着微电子技术的突飞猛进,硅基集成光学日益受到人们的关注,基于硅基的光源、调制器、探测器和光信号处理器件在过去数十年中得到了长足的发展。然而,随着硅基器件尺寸的减小和集成度的提高,光纤与光子集成线路中的偏振失配问题日益严重。本论文从这个科学问题出发,分析并指出了偏振失配问题的解决办法是采用偏振分集。接着论文对偏振分集的关键器件——偏振分束器和偏振旋转器进行了详细的器件设计、工艺制作及实验测试。最后给出了三种新型的偏振器件和两种光子线路。概括全文的研究内容与工作,可以总结为以下几个方面。(1)深入分析了光纤与光子集成线路中的偏振失配问题的机理,提出了普适的解决方法;对偏振分束器、偏振旋转器和偏振分束旋转器进行了详细全面的调研,分析了目前现有方案的原理以及并对所有的方案进行了分类。(2)对偏振分束器、偏振旋转器和偏振分束旋转器结构分别进行了理论分析、结构设计、系统仿真、工艺制作和实验测试,提出了完善合理的测试方案,并获得了较好的实验结果。(3)提出了三种新型的偏振调控器件:第一种是基于包层刻蚀的偏振旋转器结构,极大地改善部分刻蚀结构工艺容差较小的问题;第二种是针对特定偏振模式的大带宽功率分束器,其工作带宽相较于传统的定向耦合型方案有较大的提高;第三种是新型的偏振旋转器结构,与传统方案都是基于基模不同,该结构能够直接进行一阶模式的偏振旋转。(4)提出了两种新型光子线路:第一种是偏振无关光滤波器结构,该结构创新地采用微环谐振器与二维光子晶体光栅的组合,实现了波分复用和偏振复用信号的全光滤波;第二种是可调谐的上传下载器,该结构创新地实现了同时在波长维度和偏振维度上的信号处理。