作为新型的光电器件,垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）具有单纵模、低阈值电流、体积较小、易实现二维阵列集成、圆形输出光斑、芯片可在片测试等优越性能,被广泛应用在光存储、光通信、传感、医学、军事等领域,具有重要的研究价值和广阔的发展前景。随着半导体技术的不断发展,亚波长光栅（Sub-Wavelength Gratings,SWG）作为重要的光学功能元件,在光学领域得到了广泛的应用。本论文以VCSEL为主要研究对象,在探讨新结构、新性能的基础之上,将其与亚波长光栅集成,以提高传统VCSEL的各项性能。重点研究VCSEL的理论基础、结构设计、仿真计算、器件制备。重点对单模偏振稳定VCSEL进行研究,通过调节VCSEL氧化孔径的尺寸实现单横模特性;将VCSEL与亚波长光栅集成,实现了VCSEL的偏振稳定特性,使器件的性能得到提升;此外设计并仿真了一种基于光学梯度力的微纳全光开关。论文的主要研究内容为以下三部分:（1）周期性亚波长光栅偏振稳定特性的研究。根据严格耦合波理论与有限元分析法设计了两种周期性的高透射一维亚波长光栅。入射到亚波长光栅的工作波长均为850nm,光栅材料基于硅基。首先设计了一种光栅的厚度250 nm,周期为380nm,占空比为0.8,该设计实现了亚波长光栅TE光的高透射,透射率可达93.6%;另一种设计的光栅材料厚度为500nm,光栅周期为300nm,占空比为0.5,该设计实现了亚波长光栅TM光的高透射,透射率达97.6%。两种结构均能实现偏振稳定特性。（2）基于VCSEL的理论基础,先对设计的器件进行材料增益和布拉格反射镜（DBR）反射谱的仿真,通过仿真设计满足了在850nm附近器件材料的增益大于损耗,DBR的反射率大于98%。对VCSEL的P-I特性、光谱特性和模式特性进行仿真,得到VCSEL的阈值电流为1.6m A,最大输出光功率为4m W,考虑到激光器的红移现象,设计的激射波长为835nm。为了实现VCSEL的单模输出特性,设计器件的氧化孔径为3um,以此抑制高阶模获得单横模输出。通过比较单横模的P-I特性与器件总的P-I特性曲线,单横模的输出功率与总功率近似相等,因此VCSEL具有单横模输出特性。（3）设计并制备了一种基于光学梯度力的微纳全光开关。该开关的一个臂（Arm1）是固定的,而另一个臂（Arm2）设置为悬空波导。Arm2悬空于衬底Si O2层,刻蚀波导的悬空光束长度为30um,横截面深度为200nm,宽度为400nm。通过测试得出,悬挂臂的相应机械位移D与控制光的功率P成比例变化,允许低损耗的单模光传输。该器件的占地面积仅为200μm×60μm,远小于其它基于光纤和半导体光放大器（典型尺寸>1mm×0.3mm）的解决方案。其消光比为12d B,响应时间为18ns,在高端光分组交换通信系统和硅光子集成电路中具有广阔的应用前景。