随着现代通信中的传输速率不断提高，电互连逐渐成为通信容量提升的瓶颈。而基于CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）工艺的片上光互连系统能够在有限可接受的功耗范围内为多核之间的并行运算以及快速光交换带来革命性的变化，因此近年来片上光互连系统得到广泛研究。本文围绕光互连系统分别从系统和器件两方面进行讨论。前者主要从系统角度分析仿真器件的基本性能，为后面研究器件表面粗糙效应奠定基础。而表面粗糙效应分析使得前面的系统角度分析更加全面而深入。1.在系统方面，研究人员对硅基光互连器件在芯片内全局互连和片上光网络内的应用还没有进行较为全面的研究，所以从系统角度分析光互连器件具有较大的现实意义。对此，我们做了如下工作：根据项目需要，对光互连硅光子基本器件进行性能分析。然后用FDTD（finite difference time domain） solution和MODEANALYSIS工具对不同类型的波导、微环谐振器和微盘谐振器在不同场合的应用进行了仿真，得到了这些器件的FSR、Q值、损耗、3dB带宽等参数。这些工作为下一步的系统分析提供了基础。2.在器件方面，随着器件尺寸越来越小以及高折射率误差（HIC）工艺的广泛应用，器件的表面粗糙对器件的性能影响变得越来越突出，因此有必要对其进行全面深入的研究。我们的工作有:（1）提出了一种基于小波分解的微盘谐振器表面粗糙效应分析方法。首次将小波分解引入微盘谐振器表面粗糙效应分析，该方法可以独立分析器件表面粗糙起伏程度及起伏的一阶导数对Q值的影响。分析和仿真结果表明：在多数情况下，表面粗糙起伏的一阶导数是表面粗糙影响微盘谐振器Q值的主要因素。（2）从统计学的角度讨论了波导粗糙表面的逼近方式。首先，建立了波导粗糙表面的数学统计模型，证明了波导表面起伏引起的后向反射场是一个鞅。接下来根据随机变量收敛的相关理论，分析了对波导粗糙表面起伏的逼近方式。分析表明，目前广泛使用的微元法可以有效分析粗糙表面对光波的二次特征（功率、Q值、3dB带宽等）的影响。但是在相干光通信中，如果我们需要分析粗糙表面对一次光信号特征（如光相位）的影响，这时微元法失效。