随着数据通信的迅速发展，特别是Internet业务量呈爆炸性增长，对数据传输网带宽的需求越来越高.在网络扩容的新技术中，密集波分复用技术(DWDM)、光时分复用技术(OTDM)以及空分复用技术(SDM)越来越引起了人们的重视。其中OTDM技术不仅仅可以提高光纤的传输容量，它们更广泛的应用前景是作为网络技术用来组建全光网络。由于当今光通信技术越来越趋于全光操作，对全光操作器件的研究就成为热点。波导耦合器作为一种全光操作器件也备受重视，本文对变耦合系数及变非线性系数的波导耦合器的原理以及应用等各方面进行了系统而全面的理论研究。 从波动方程出发导出了描述非线性耦合器的耦合模方程，并且给出了常耦合系数情况下方程组的解析解。对几种变耦合系数耦合器在线性以及非线性情况下的特性进行了详细的分析，对比了几种不同类型耦合系数的非线性开关特性，着重分析了高斯型变耦合系数耦合器。指出变耦合系数非线性耦合器所具有的不同于常耦合系数非线性耦合器的特性及其应用。 首次用奇偶模理论来对变耦合系数非线性定向耦合器进行分析，通过对各种非线性定向耦合器中奇偶模位相变化的分析，找到了临界功率Pc对应的物理机制及各种变耦合系数耦合器开关特性的成因。 研究了各种变非线性系数耦合器的特性，并首次发现类1/xp非线性系数轮廓具有良好开关特性。我们还首次通过对耦合模方程的变换得出变耦合系数与变非线性系数定向耦合器之间对应的内在关系，并得出一些有价值的推广。同时深入讨论了非线性定向耦合器的损耗补偿方法，并对其机理进行了分析。 研究了非匹配对变耦合系数非线性定向耦合器所带来的影响，并将几种耦合器在非匹配情况下的开关曲线进行了比较。首次得出了非匹配非线性定向耦合器实现有效匹配的条件，并且利用非匹配非线性定向耦合器实现了功率甄别。 首次提出了一种全新的非线性光开关阵列，利用高斯型变耦合系数非线性耦合器构成任意端口非线性开关阵列，其拓展性能良好，控制方式独特新颖。另外还讨论了孤子在非线性耦合器中的开关特性。 我们基于线性定向耦合器，首次提出并设计了一种平衡桥式的集成光学型电光可调谐滤波器，并利用它进行了应用推广。