基于亚波长结构的导模共振光栅滤波器具有高衍射效率、低旁带、带宽可控、参数敏感等理想特性,并且尺寸较小易于集成,是近几年前沿光通信器件领域的研究热点,能够推动未来光通信系统的发展。制备出具有优良滤波性能的导模共振光栅滤波器的关键在于选择低损耗、鲁棒性好的的光栅介质材料。ZnO是具有代表性的第三代宽禁带半导体材料,具备非常优异的物理化学和电光特性。以ZnO单晶制备的器件相较于第二代半导体材料器件性能更佳,有潜力在未来逐渐替换目前成熟的Ga N等半导体光电器件。因此本论文选取ZnO单晶作为光栅介质材料,利用迭代优化参数的方法来模拟仿真高性能的导模共振光栅滤波器并在此基础上对其进行参数分析和可调谐设计。论文首先简单介绍了ZnO材料的特性与单晶生长方式,接着概述衍射元件的研究背景,并举例说明了国内外导模共振光栅滤波器设计与制备的研究现状。其后详细阐述了严格耦合波理论和等效介质理论并对单层和多层光栅等效波导模型进行分析。主要设计了共振波长在1315nm处的单双层ZnO单晶亚波长结构反射型光栅滤波器,在此基础上还设计了多层反射型和透射型光栅滤波器。利用Mathematic和RSoft软件对所设计的光栅滤波器进行了计算和仿真分析,结果显示ZnO单晶光栅均较好地呈现出高衍射率、两侧低旁带、窄带可控等滤波特性,有潜力在未来微光学中的得到广泛应用。此外还设计了一种悬空光栅折射率传感器结构以及分离式空气间隙层可调谐光栅结构。分析了共振条件对于导模共振效应的影响,并进行了相关共振峰位置可调谐设计。分析结果表明:调制系数影响耦合强度,从而对光谱线型产生影响;弱调制模式下占空比为0.5时,线宽具有最大值。强调制模式下占空比只有在大于0.8时才会出现高衍射峰;光栅厚度和波导厚度影响旁带和共振波长,覆盖层厚度对共振波长几乎没有影响;改变入射角度和光栅周期可对共振峰位置进行精确调谐。