在光通信、互连网和计算机等信息产业迅速发展的今天,数据传输与信息处理的速度已经逐渐向Tbit/s量级迈进,而传统的电互连技术已经难以满足高速通信及高性能微电子芯片进一步发展的需求。硅基光互连作为现在最有前途的解决方案之一,已经逐渐的成为当前的一个研究热点。硅基光电子器件具有与标准CMOS工艺兼容、可与微电子集成电路集成、尺寸紧凑、功耗小、成本低和潜在高速等诸多优点。　　由于硅与 SiO2或者空气具有非常大的折射率差,硅基的光波导具有很强的限制光场的能力,硅基的光波导可以制作成非常小的尺寸,通常其横截面尺寸小于1μm。这样的非常小尺寸的硅波导带来高器件集成度的同时,也带了一个严重的问题——硅波导与光纤的耦合损耗非常大。一般来说,单模光纤的芯径尺寸约为8~10μm,远远大于横截面尺寸通常小于1μm的SOI光波导,光从光纤进入这种小尺寸的波导通常会带来很大的损耗,为了实现光纤与小尺寸波导的高效耦合,我们就需要制作模斑变换器来实现光从光纤到波导的模式转换。反向楔形模斑变换器是现在硅基光子学领域应用最多的模斑变换器之一,其具有很高的耦合效率、带宽非常大、易于做水平端面的封装、制作相对简单、偏振相关度低等优点。　　本论文深入研究了硅波导的数值模拟的理论方法、详细分析了硅波导的损耗的三种主要来源吸收、散射、泄漏。根据分析得出了波导侧壁的损耗是我们现在波导损耗的主要部分,并采用Payne-Lacey理论得到了,由于波导侧壁粗糙引起的散射损耗经验公式。介绍了三种测量波导损耗的方法:截断法、F-P腔光谱分析法、傅里叶频谱分析法。　　对于反向楔形模斑变换器的设计,我们首先确定了反向楔形模斑变换器的整体结构和材料。然后利用软件模拟分析并优化了反向楔形模斑变换器的结构。通过模拟给出了楔形波导的尖端宽度和模式转换损耗之间的关系,不管对于TE模还是TM模,楔形尖端的宽度越小,模式转换损耗越小。对于TE模,当尖端宽度小于120nm时就可以获得较低的模式转换损耗(小于0.5dB),而对于TM模来说当尖端宽度为60nm时,模式转换损耗依然高达0.8dB,TM对楔形尖端的要求更高。楔形波导的长度大于300μm时,模式转换损耗可以忽略不计。　　摸索了电子束曝光剂量、掩膜厚度选择、ICP(Inductive Coupled Plasma)刻蚀条件等影响无源波导制作的关键工艺参数。利用一次电子束曝光、一次普通光刻套刻和两次ICP刻蚀的方法,制作了尖端宽度小于60nm的楔形波导结构,楔形波导的质量和制作成功率也大幅度提升。　　反向楔形模斑变换器在1550nm波长与MFD=4μm的光纤的耦合时,TE模的耦合损耗为0.62dB/facet,TM模的耦合损耗为0.95dB/facet。在C波段和L波段,TE模平均的耦合损耗约为1dB,TM模的平均耦合损耗约为1.3dB,带宽超过100nm,波导的传输损耗降低为0.9dB/mm。