平面光波导集成器件是光电子研究领域的一个重要分支.二氧化硅平面光波导技术是80年代末发展起来的一项新的集成光子器件技术,由于它具有与硅微电子工艺兼容等优点,受到人们的广泛关注,是当前国内外热门研发的领域之一.该文采用这种技术对硅基二氧化硅马赫-曾德尔干涉仪型(MZI:Mach-Zehnder Interference)热光开关展开研究,为该类型集成光电子器件的实用化奠定理论和实验基础.该文利用麦克斯韦方程对平板波导进行分析,得到模场的分布和有效折射率.在此基础上,应用有效折射率方法(EIM:Effective Index Method)对通道波导进行研究.采用光束传输方法(BPM:Beam Propagation Method)对波导的传输性能进行模拟.自映像理论是多模干涉(MMI:Multimode Interference)耦合器的理论基础,介绍了它的一般干涉和限制干涉机制.偏振相关损耗是影响波导器件实际应用的主要因素,它是由于波导中的热应力引起的.研究人员提出了种种方法,至今没能彻底解决.作者利用多层的应力和应变理论对波导芯层和整个波导层进行分析,推导出热应力和应变解析表达式,首次揭示了波导合成材料对应力应变的影响.上述公式指出,适当选择结构和材料参量,可以得到偏振不相关的波导器件.利用MZI结构的光功率传输公式,对热光开关的性能进行分析,发现耦合器的耦合效率和两臂的长度差是决定开关性能的关键因素.该文对耦合器的性能进行研究,并对长度差的影响进行优化.由于MMI耦合器具有结构紧凑、制作容差大、偏振不敏感等优点,该文重点研究了它的性能.利用自映像理论对MMI耦合器进行研究,发现在一般干涉机制下,可以得到结构紧凑的器件.通过EIM和BPM的数值模拟,证实了上述观点.该文通过对热应力和应变的分析,首次揭示了波导的合成材料对热应力和应变分布的影响机制,提供了分析此类问题的一种模型.利用这种应力分析模型,提出了解决平面光波导器件偏振相关损耗的方法.系统研究了热光开关结构的设计原理和方法,进行了相关器件的研制,测试结果验证了设计思想,为热光开关的产品化奠定了实验基础.