近年来,移动通讯、在线网课、大数据、云计算等各类数据业务不断涌现,人们对于信息传输的容量和速度都有了更高的需求。光纤到户（Fiber To The Home,FTTH）作为通信系统“最后一公里”的最佳解决方案,为用户提供了大容量信息传输的有效途径。目前FTTH技术及系统已在全球范围内大面积推广应用,亟需研制符合光纤到户系统发展需求的系列新型光学功能器件。相比于传统分立光学器件,集成光子器件具有尺寸小、功耗低、工作带宽大、性能稳定、成本低廉等突出优点。其中,光功率分束器与阵列波导光栅等器件是构成复杂集成光学系统的基础元件,目前已开展了许多的相关研究,但仍存在如波长敏感、温度敏感、尺寸较大等诸多问题。本文针对不同应用场景,分别研究了具有超大工作带宽的非对称3 d B光功率分束器、基于低折射率差二氧化硅光波导的在1310 nm波段工作的阵列波导光栅、基于高折射率差二氧化硅光波导的在830 nm、1310 nm、1600 nm多个波段实现跨波段工作的阵列波导光栅等。首先,本文从光波导基本理论出发,分别对平板波导和条形波导的波动方程进行了分析,并介绍了耦合模理论,同时简述了三种在光波导设计中常用的数值计算方法。然后,针对传统光功率分束器波长敏感的问题,本文给出了一种超大带宽的非对称3 d B功率分配器,通过引入锥形缓变的波导结构,使该功分器具有低插入损耗、波长不敏感、高工艺容差等优点,并详细介绍了该器件的仿真设计、加工制造、测试流程、结果分析等各过程。同时,基于这种非对称定向耦合器的结构,优化设计了相应的阵列波导光栅,实现了其在粗波分复用（CWDM）系统中的高性能应用。其次,针对二氧化硅光波导器件通常存在的尺寸过大的问题,本文给出了一种基于高折射率差二氧化硅光波导（Δ=2.0%）的高效率光纤-芯片耦合器。通过引入一段线性缓变且间隔分离的特殊波导结构（segment taper）,使波导与单模光纤的之间耦合效率由70%提升至94%。此外,基于此高效率的光纤-芯片耦合结构,优化设计了一种在大温差条件下能够实现跨波段工作的AWG,通过详细介绍其优化设计、器件制备、实验测试与结果分析的各个具体过程,验证了该器件在830 nm、1310 nm、1600 nm多个波段的高性能应用,缩小了器件的整体尺寸,提高了芯片的集成度,具有广泛的应用前景。最后,我们对本文的主要工作进行了总结,并对后续可以继续研究的方向做了一定的展望。