近几年,硅基光子器件被已经得到了广泛的研究和应用。然而受到衍射极限的限制,硅基光子器件尺寸进一步减小存在瓶颈。由于表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)可以突破传统衍射极限,基于SPPs的光子器件的尺度可以达到纳米量级,这为制造更小尺寸的微纳光子器件提供了可能。作为连接硅波导和SPPs波导的桥梁,硅波导-表面等离激元波导耦合器(Coupler for Silicon and Plasmonic Waveguides,CSPW)受到了广泛的关注。然而,目前CSPW的耦合效率和带宽还有一定的改善空间。同时,在以往的工作中,设计的集成光学器件往往只能够实现耦合或者功率分束的功能之一,很少能够同时实现高效耦合和功率灵活分束的功能。反向设计技术已经被证实可用于优化器件的结构,提升光子器件的性能,但是目前针对CSPW的反向设计研究较少。本论文针对硅基编码超材料(Silicon-based Coding Metamaterials,SCM)结构的光子器件反向设计开展研究,具体研究内容及创新点如下:一、设计了一种基于SCM结构的CSPW,能够相对高效地将硅波导与SPPs波导进行耦合。以耦合效率和带宽为目标,利用遗传算法、离散粒子群算法、模拟退火算法、多遍历直接二进制搜索算法(Multi-Traversal Direct Binary Search,MDBS)对 CSPW 中的 SCM结构进行了反向设计,使CSPW在耦合效率和带宽方面取得一定提升。仿真结果表明:优化后的CSPW在1.45 μm到1.65 μm的波长范围内,平均耦合效率超过93%,耦合效率和工作带宽在当前具有较强的竞争力。此外,论文还讨论了算法参数对于CSPW优化效果的影响。二、在基于SCM结构CSPW的基础上,提出了一种SPPs功率分束器(Plasmonic Power Splitter,PPS),该器件在进行耦合的同时,可以实现任意比例的功率分束,分束后的SPPs可沿着两个方向传输,具有较强的灵活性。利用MDBS算法对PPS进行反向设计,仿真结果表明:在1.50 μm到1.60μm的带宽内,当所设定的目标分束比例为50%:50%、65%:35%和40%:60%时,所对应的仿真平均分束功率分别为 44.18%:41.65%、57.11%:28.69%和 32.73%:49.37%,仿真结果基本符合理想分束比例。综上,本论文提出并设计了两种基于SCM结构的SPPs光子器件,并利用反向设计方法对器件进行了优化,取得了器件性能的提升。论文提出的光子器件具有较强的的灵活性,可广泛应用在表面等离激元光芯片中。