相比于传统的空间离散光路,集成光路具有多功能化、高度集成化、小型化等特点。集成化带来的稳定性及可靠性使集成光学芯片成为了一个重要的方向。然而由于可调节参数少导致传统方法设计的集成光子器件通常具有较大的空间,因此基于自由形式的光子器件模拟由此而生。随着越来越多算法的引入,使得我们能够在很小的空间使用足够多的参数,进而实现各种小且效率高的光学器件,对于未来的高密度的光子器件的集成提供了可能。本论文在第三章中利用目标优先方法实现和求解了一个二维单通道到多通道通用的任意模式转化器,我们对单通道对单通道,单通道对双通道,单通道对三通道模拟了基模向二阶模的转化,其中转化效率都可达98%以上。我们所有的设计均不超过120*120个格点,其中每个格点为正方形的,边长为。最后我们对单通道对单通道测试不同条件下的转化模拟效果,其效率均能达到以上。在第四章我们对像素二值化结构的偏振分束器(PBS)进行模拟,相比于传统像素二值化的DBS算法对于初始随机图样的敏感的缺点,我们对其进行优化,分别使用了遗传算法和模拟退火算法,其中遗传算法模拟得到的PBS在1550nm TM波的透射率0.344,其TM消光比为11.85d B,TE的透射率为0.17,其TE消光比为6.24d B。模拟退火模拟得到的PBS中1550nm TM波的透射率为0.402,其TM消光比为11.2d B,1550nm TE的透率为0.263,其TE的消光比为6.02d B。其透射率相比于遗传算法优化的结构来说有所提高,但其消光比大致相同。在时间效率上模拟退火比遗传算法花费的时间要少1/3。考虑到对初始随机图样的影响,对于此结构模拟退火和DBS算法的优先度大致一样,遗传算法次之。本文我们对于两种不同思路的方法进行了设计与器件的模拟,对结果进行了分析,为以后的工作提供了新的思路。