本文首先回顾硅基光子学的发展现状,介绍了无源器件和有源器件的发展。一直以来,波导集成度因串扰影响而难以进一步提升,这种影响主要包括两方面:一方面,波导间串扰随波导之间间距减小而急剧增加;另一方面是弯曲波导中的串扰,由于弯曲结构会造成光泄露,并且多种模式并存也会造成模间串扰,使得光传输效率降低。研究表明,亚波长结构的引入有助于硅基光子学进一步发展,只需较少亚波长结构层就可实现对波导双折射的控制。近年来,亚波长结构已在分束和偏振管理器件中得到广泛应用。本论文通过引入亚波长结构的方式来增加器件优化自由度,结合数值计算方法(FDTD)及仿真优化算法(遗传算法,粒子群优化等),分别对串扰抑制和多模复用进行研究。硅波导是硅基光子学中的基础元件,而波导间串扰是影响波导集成度的关键问题之一。目前,已经有多种方法被用于抑制串扰,包括等离子体结构、光子晶体波导及缝隙波导等,它们多以耦合长度作为评价标准。本工作主要是在相邻波导之间引入非均匀亚波长结构,以此来实现提升耦合长度的目的。亚波长结构的数量及相对位置可以对串扰抑制效果产生不同影响。采用计算优化方式,结合粒子群算法和电磁仿真软件MODE solutions,分析非均匀亚波长结构对抑制串扰的影响。结果表明,与没有引入亚波长结构的波导相比,非均匀亚波长结构的引入使耦合长度提升了五个数量级;与引入均匀亚波长结构的情况相比,耦合长度也有三个数量级的提升。误差分析也表明结果具有鲁棒性。多模复用器件在信息复用传输方面扮演着重要角色,而其在弯曲波导中应用也较为广泛。为了降低结构弯曲和模间串扰的影响,并进一步提高传输效率,采用计算优化方法,结合遗传算法和电磁仿真软件FDTD solutions,分析不同位置及大小的纳米孔结构对模式传输的影响。其中遗传算法主要用于优化纳米孔位置和大小,FDTD solutions用来对结构建模以及分析模式场分布。结果表明,引入的纳米孔结构对模间串绕起到良好的抑制效果,降低了弯曲损耗。