大数据时代对通信网络信息的储存、处理和传输提出了更高的要求,硅基光子集成电路凭借其小体积、低损耗、多功能、大带宽、抗干扰和相兼容等优点获得越来越多的青睐,光电混合集成系统成为未来的发展趋势。功率分束器是光子集成电路中重要的组成部分,它可以实现多通道的功率分束,对处理片上光信号具有重要的应用。但是,人工搜索少量设计参数的传统方法实现的光子器件尺寸较大,不利于高密度的光子集成电路,且其设计过程具有一定盲目性,时间成本较高。随着计算机计算能力的提升和微纳加工工艺的进步,逆向设计应运而生,它可以在全参数空间搜索器件结构,人工参与因素较少,且设计的微纳光子器件具有小尺寸、低损耗和多功能等优点。为了进一步拓展功率分束器的功能,本论文基于逆向设计算法仿真设计了多款具有新颖功能的硅基功率分束器。本论文针对现有功率分束器输出方向单一、不可逆向使用、功能单一和不可调控的现状,我们提出相应有效的方案。（1）采用直接二进制搜索算法仿真设计了任意输出方向的功率分束器,其创新之处为片上光束经过功率分束后能够直接改变传播方向,而无需添加额外的弯曲波导,且其性能优异,结构紧凑;（2）基于具有高度对称正六边形和正八边形的几何图形,采用直接二进制搜索算法仿真设计了任意输入的1×2和1×3功率分束器,其优势在于无论光源从任何一个端口注入,都可以实现功率分束的功能,即能够可逆向使用,解决了目前功率分束器不可逆向使用的难题;（3）基于旋转的直接二进制搜索算法,仿真设计了多功能的1×2模式转换器,可以兼顾功率分束和模式转换的功能,同时旋转的直接二进制搜索算法是对直接二进制搜索算法的改善,其核心思想是增加对像素点旋转维度参数的搜索,从而增加搜索的自由度,能够提高器件的性能;（4）采用直接二进制搜索算法,并结合相变材料仿真设计了一系列单模式和多模式微纳光子波导开关,这些开关功能直接在波导中实现,不需要额外的设计区域,可以插入在功率分束器波导上实现可调节的功能,为光子互连网络方便地应用于未来的通讯器件提供了新的思路。我们基于逆向设计算法仿真设计了各类新颖的器件,有效地弥补了目前功率分束器输出方向单一、无法可逆向使用、功能单一和不可调节等诸多缺陷,对设计微纳光子器件和推动高密度光子集成电路的实现具有理论指导意义。