随着现代物联网、大数据等行业的兴起,人类社会对信息量的需求急剧增长,宽带网络容量需求呈现急剧增长态势,作为其核心支撑的光通信系统、数据中心面临重大挑战。光电子集成器件具有体积小、重量轻、功耗小的特点,是突破光通信系统、数据中心光互连等领域瓶颈的核心。其中,硅基光子芯片具备CMOS工艺兼容的特征,能够与专用集成电路芯片集成,实现低成本的显著优势受到广泛关注。硅基光子器件发展日益成熟,但仍然存在一些亟待解决的问题。面对不断提升的网络容量需求,复用技术是有效提高总传输速率的重要方法之一。本文主要针对硅基光子复用系统中的关键器件展开研究,围绕高性能复用器件及硅基光子器件的偏振敏感、温度敏感问题,从器件理论设计角度深入分析,并进行了实验验证。首先,我们研究了硅基粗波分复用器件,着重改进器件尺寸和带宽等性能。基于多模干涉耦合器结构,设计了两种单纤三向复用器:一种是倾斜型多模干涉耦合器,另一种是多模干涉耦合器结合光栅反射镜结构,利用伪自映像的原理,突破传统多模干涉耦合器结构的设计限制。1310 nm波段具有大于100 nm的反射带宽,测试得到插损小于2 dB,串扰小于-15 dB,器件长度～450μm,器件尺寸与传统多模干涉耦合器结构的波分复用器相比减小一半。针对多模干涉耦合器结构存在的尺寸较大和插损较大的问题,我们又提出了一种基于级联弯曲定向耦合器结构的单纤三向复用器,器件尺寸显著减小至19 μm×31 μm,测试得到各端口插损小于1 dB,串扰小于-15 dB,所有端口的带宽均满足通信标准,具备较好的综合性能。基于亚波长光栅波导,实现了新型反向耦合器结构的波分复用器,器件尺寸进一步减小,透射光谱具有宽带平顶效果,1 dB带宽大约11nm。其次,我们致力于解决硅基光子器件的偏振敏感和温度敏感两大关键问题。提出了基于级联弯曲定向耦合器结构的偏振不敏感单纤双向复用器,实验实现35 nm带宽内的偏振相关损耗小于1 dB并且串扰小于-15 dB,改善了单纤多向复用器的偏振敏感性,器件结构紧凑、带宽大。针对大规模集成复用系统中的波导交叉需求,提出并制作的垂直交叉了偏振不敏感多模干涉耦合器结构,利用自聚焦效应减小波导交叉损耗,测试得到90 nm带宽范围内的偏振相关损耗小于1 dB,两个端口的串扰小于-25dB,器件制作工艺容差大。针对复用系统中的路由问题,我们设计了偏振不敏感光开关,优化的偏振不敏感功分器保证了器件在100 nm带宽范围内具有大于20 dB的高消光比,在此基础上结合干涉臂的偏振转换,实现偏振不敏感。针对硅基光子器件的温度敏感问题,基于狭缝波导和边调制光栅结构,提出并实现了一种热不敏感窄带滤波器,测试得到的滤波器带宽0.75 nm,上包层温度补偿材料显著减小了硅光滤波器的波长漂移量,波长漂移系数小于-3pm/℃,拓展了窄带滤波器的工作温度范围。最后,我们总结本文已完成的工作内容,并且对后续的工作进行展望。