光延迟线主要用于信号的同步与缓存、光学相干断层成像技术、光信息处理与微波光子系统,特别是微波光子中的滤波和相控阵雷达天线中的波束形成技术。光延迟最常用的是光纤延迟线和光波导延迟线。随着雷达工作频率的增加,所需要的延时步长越来越小,而光纤的精确切割难以达到要求,另外光纤延迟线体积大且不能实现片上集成,不能满足延迟系统对小型化与集成化的需求。集成光波导延迟线采用光刻技术定义波导尺寸,延迟精度可以达到亚皮秒量级,完全能够满足雷达工作频率越来越高的要求。近年来,随着光波导技术的快速发展,集成光波导的制作工艺越来越先进和成熟,且制作材料也多样化,使得集成光波导延迟线受到了广泛的重视。延迟线的可调谐性为系统提供灵活性,可调谐光波导延迟线可采用调谐的谐振结构,例如,微环、马赫-曾德尔干涉仪等来实现,也可采用光波导开关与不同长度的光波导组合从而改变光信号路径长度的方式来实现。前者尽管尺寸通常较小,且可实现连续调谐,但带宽通常较小。而后者虽然尺寸通常较大,且只能实现离散的调谐,但带宽通常较大。考虑到延迟系统应用的需求,本论文针对低损耗、低功耗、宽带的可调谐延迟线及其所需的光开关展开研究,取得了如下研究成果:1.提出了一种易扩展的离散调谐SiO2光波导延迟线结构。器件整体结构呈螺旋状,从1 bit扩展到N bit体积变化很小。作为验证,本文设计、制作并测试了1bit延迟线和4 bit延迟线。其中1 bit延迟线的尺寸为33 mm×13 mm,提供6.0 ps的延迟量,插损为1.2 d B,而4 bit延迟线的尺寸为43 mm×14 mm,提供0-90.2 ps的延迟范围,延迟增量为6.0 ps,延迟容差低于0.2 ps,响应时间为840μs,插损小于2.34 d B,消光比大于20.42 d B,平均功耗约为132.6 m W。2.提出并实验验证了一种基于并联石墨烯电极驱动的低功耗、大带宽、弱偏振相关的聚合物光波导开关。在这一工作中,一个特殊设计的非对称定向耦合器被用于3 d B分束器从而极大地增大了开关工作带宽。其次,石墨烯电极通过与波导芯直接接触,提高了热利用效率,降低了开关功耗,同时,创新性地采用并联石墨烯电极有效地降低了开关驱动电压。最后,通过采用较大的波导芯及合适的波导折射率差实现石墨烯电极对准TE与准TM基模光信号均具有可忽略的光吸收,进而实现光开关的弱偏振相关性。所制作的光开关长9.5 mm,在1530-1605 nm的波长范围内,消光比大于13.5 d B,且在1561 nm波长实现26 d B的最大消光比,对应两个偏振态的功耗分别为3.30 m W和3.12 m W,插损小于10.5 d B,其上升时间和下降时间分别为0.98 ms和0.52 ms。3.提出了一种利用石墨烯电极驱动的三维聚合物光开关和基于该光开关的延迟线。该光开关采用垂直耦合器（Vertical directional coupler,VDC）实现,具有低串扰、低损耗和结构紧凑的特点,石墨烯电极通过与上层波导芯直接接触,不仅提高了热效率和降低开关功耗,也减小了热效应对下层波导的影响。通过在石墨烯电极两侧引入空气槽,进一步提高了热效率。仿真表明,该光开关功耗为3.6 m W,整个C波段的串扰小于-21.6 d B,1550 nm波长的串扰为-45.2 d B。基于该VDC光开关构成的延迟线可通过调谐耦合器的功率耦合比实现连续调谐的延迟功能。作为一个例子,基于3个VDC和相应的延迟波导与非对称MZI级联构建了连续调谐范围为0-200 ps,最小3 d B带宽大于10 GHz的连续调谐延迟线,相对于一个单独的典型非对称MZI结构,延迟带宽积提高了四倍。4.提出了一种基于SiON/聚合物混合集成的全内反射（Total internal reflection,TIR）光开关及基于该光开关的网状结构延迟线。该光开关利用SiON和聚合物相反的热光系数实现了低功耗的特性,所制作的光开关消光比大于15.34 d B,路径开关功率为～59.6 m W,切换速度为1.8 ms（上升时间）和1.1 ms（下降时间）,插入损耗小于10.6 d B,偏振相关损耗约为0.3 d B。进一步地,基于该TIR光开关设计了结构紧凑、可编程的网状延迟线。所设计的网状结构延迟线可以构成单个微环结构、侧耦合集成空间序列谐振器、耦合谐振光波导、非对称MZI结构以及不同延迟路径与光开关组合级联的结构。这些结构可以形成连续调谐延迟线或离散调谐延迟线,具有高的制作容差和延迟线可编程的特性。