光频梳是频域内几十条甚至几百万条的梳状谱结构,其凭借优异的稳定性和幅值强度,自出现以来,便引起了广泛的关注,在天文学、生物医学、通信等领域都具有重要的应用。光频梳的产生方案主要有以下几种:利用电光调制器产生,利用微腔结构产生,利用高非线性光纤产生,及利用非线性波导结构产生。其中利用非线性波导产生光频梳的方案更符合当下信息智能时代对器件小型化和集成化的要求。该方案是以利用非线性波导获得高相干、倍频程的超连续谱为基础的,因此需要首先研究非线性波导中超连续谱的产生。本文提出了两种基于不同非线性材料的新型波导结构,通过色散调控使其都具有低且平坦的色散特性,这更有利于高相干性、倍频程超连续谱的产生。深入研究了各种因素对超连续谱产生及其相干性的影响,针对所设计的两种波导,分别提出了可靠的高相干、倍频程的中红外超连续谱产生方案,并基于所获得的超连续谱,产生了高质量的光频梳。本文的研究工作及创新成果总结如下:1.以锗作为导波材料,设计了一种T型的波导结构,通过色散调控,得到了色散值低且平坦的全正色散,且在3 μm波长处,其非线性系数高达30.48 W-1·m-1。2.利用所设计的T型锗波导,仿真研究了超连续谱的产生,着重分析了泵浦波长、峰值功率、光脉冲宽度、波导长度及噪声系数对超连续谱产生及相干性的影响。研究结果表明,基于全正色散的T型锗波导,得到了覆盖1.89 μm到9.98 μm的波长范围、超过2.4个倍频程且相干性良好的中红外超连续谱。仿真研究了光频梳的产生,结果表明,基于所获得的超连续谱,在T型锗波导中产生了幅值稳定、间隔相等且达到倍频程的中红外光频梳。3.以铝镓砷作为导波材料,设计了一种反脊型的波导结构,通过色散调控,产生了三个零色散点,分别位于3.74 μm,6.56 μm和8.89 μm波长处,且在3.74 μm到8.89μm的波长范围内,其色散值起伏范围在-8.2 ps/nm/km至14.0 ps/nm/km之内,呈现出色散值低且平坦的色散特性。4.利用所设计的反脊型铝镓砷波导,研究了超连续谱的产生,讨论了泵浦波长、峰值功率、光脉冲宽度及波导长度对超连续谱产生的影响,分析了不同噪声系数对所产生的超连续谱相干性的影响。仿真结果表明:基于该反脊型铝镓砷波导,获得了深入到中红外区域、覆盖2.2 μm至14.5 μm波长范围、超过2.7个倍频程且相干性良好的超连续谱。仿真研究了光频梳的产生,结果表明,基于所获得的超连续谱,在反脊型铝镓砷波导中产生了幅值稳定、间隔相等且达到倍频程的中红外光频梳。本文利用T型锗波导和反脊型铝镓砷波导良好的非线性特性,仿真研究了非线性波导中基于超连续谱的光频梳产生。本文的研究和成果丰富了利用非线性波导产生光频梳的研究及技术。基于超连续谱的光频梳产生对非线性光学、光谱学及计量学等领域的研究和发展具有重要的促进作用。