偏振是光波的基本属性之一。研究不同偏振态的光波在传输过程中的性质,以及研究把不同偏振态的光波高效分离的方法,在光通信、偏振检测与分析、激光调制、偏振成像和投影系统等领域有着巨大的理论与应用价值。本文使用平面波法和有限时域差分法,针对通常研究只讨论硅纳米狭缝波导中准横磁模(TM)偏振传输的问题,较全面的研究了准TM偏振和准横电模(TE)偏振在硅纳米狭缝波导中双偏振传输的带宽以及光场分布特性;针对常规硅偏振分束器尺寸较大的问题,设计了一种基于非对称定向耦合波导的新型紧凑型偏振分束器。本文的主要工作有:(1)采用三维数值研究法,研究了硅基缝波导的偏振特性。通过调节狭缝波导中硅介质的宽度,获得了带宽达320.6 nm的双偏振单模狭缝波导;并且发现在该带宽范围内,准TE偏振的电场强度在狭缝中能够获得增强,而对准TM偏振则不具有增强作用。这为进一步设计硅基缝波导的偏振相关器件奠定了基础。(2)采用平面波法设计了一种二维非对称定向耦合波导的紧凑型偏振分束器,并使用有限时域差分法验证了偏振分束器设计的正确性。该分束器的耦合区设计长度最小为2.88μm,验证长度为2.75μm;两种方法的结果符合得很好,表明偏振分束器的设计是正确的。(3)基于上述设计的非对称偏振分束器,又研究了偏振分束器输入和输出端S型耦合弯曲波导的长度和弯曲角度,非对称定向耦合结构中条形波导和周期型波导之间的狭缝宽度对偏振分束器消光比和插入损耗的影响。二维有限时域差分法表明,当中心波长为1550 nm时,弯曲角度为16 o和狭缝宽度为99.05nm的带S型弯曲耦合输入输出段的偏振分束器,在100 nm的带宽内,TE和TM模式的消光比均大于15 dB,且插入损耗均小于0.8 dB。这为设计和制作超小型硅基偏振分束器奠定了基础。