自上个世纪80年代开始,科学家们对于电子在物质中特别是在半导体中的运动规律进行了广泛的研究,但近年来,尤其是在进入2010年随着摩尔定律被打破以后,越来越多的学者和半导体生产者认为硅的物理工作极限即将到达(有报道称约为5nm)。那么在现行的工艺条件下,微电子行业已经无法通过集成更高密度的晶体管来维持现有的发展速度。而本论文正是以这样一个切入点,希望使用掺杂石墨烯,聚乙烯这两种非线性材料。利用其光限幅特性,使其在控制光作用下改变其折射率,从而达到改变整个器件的能带结构。从而实现各种器件功能。本文论证并模拟了诸如分功器,波分复用器在内的多种器件。并设计了数种逻辑门。均实现了器件的基本要求。首先,我们研究了两种典型非线性材料的基本特性,聚乙烯和石墨烯。其中聚乙烯是以聚乙烯柱作为研究对象。而石墨烯则是以多层石墨烯包裹二氧化硅介质柱研究。主要是为了推导二者的介电常数和场强的基本关系。紧接着我们以聚乙烯为主体构建了环形谐振腔。我们以空气为背景下,选取聚乙烯和硅材料作为介质柱,构建了环形腔。研究环形腔的工作特性。调节结构,使环形腔的工作效率可以达到约80%的转化效果。在此基础上,再利用环形腔进行了波分工作。根据环形腔分波的工作特点,分别设计了单腔体逻辑或门,双腔体非对称与门,和双腔体对称或门和聚乙烯/石墨烯-二氧化硅或门。均能达到逻辑门的基本工作要求。之后,本文再利用环形腔极好的分波效果,在分波器的基础上,分别采用在腔体内改变介质柱半径的方法,引入点缺陷。进而我们分别实现了功分器,通过改变介质柱的半径,使得功分器成为可调功分器。同时在此基础上我们尝试在谐振腔内引入不同的介质材料,发现可以使谐振峰进行偏移,当偏移效果明显时我们引入了石墨烯掺杂材料来进行提升对比的工作。从而较好的实现了波分复用的效果。