21世纪以来现代集成光学迎来了蓬勃的发展。随着光子集成回路,特别是硅基集成光学的发展,硅基集成光栅耦合器成为了硅基集成光学领域重要的研究方向。硅基光栅耦合器可以为硅基光子芯片提供输入输出单口,既可以为光子芯片提供外部独立光源,又可以将经过光芯片处理的光信号输出出去,而且硅基光栅耦合器同样可以实现偏振无关输入/输出、波分复用/解复用等功能。因此光栅耦合器是硅基光子芯片上非常重要的器件之一,是实现片上光互联的重要技术手段。随着低功耗中红外硅基集成光接收机的实现,中红外片上光通信逐渐引起人们的关注,因此大宽带的中红外硅基光栅耦合器将成为光栅耦合器的研究将会推动中红外片上光通信的发展。为了实现在中红外波段实现大宽带的耦合,本文设计了在两微米波段工作的二维亚波长啁啾光栅耦合器,这种光栅结构在沿光传播方向设计了光栅的线性啁啾结构,在垂直光传播方向设计了耦合强度呈高斯分布的变迹结构,既可以提高中红外的带宽又兼顾了耦合效率的提高。在研究过程中发现,对于功能复杂的光栅耦合器的设计普遍的方法是发现一种新的结构,但是设计困难,并没有一种通用的方便的设计方法来完成设计。本文建立了设计复杂功能光栅耦合器的通用设计方法,这种方法基于计算机非线性搜索算法来实现光栅耦合器的反向设计,利用这种方法我们不用对器件进行非常复杂的结构研究,只需要输入光栅耦合器性能目标的参数,设计收敛域就可以得到性能优越的多功能特种光栅耦合器,其他的优化过程由计算机迭代来完成。利用本文构建的反向设计方法设计了高效率的垂直耦合光栅耦合器和偏振不相关光栅耦合器,并对设计结果进行了验证,从而证实了该方法在设计的可行性。这种方法为今后光栅耦合器以至于硅基光子器件的设计提供了新的设计思路。