光开关是光信息系统中不可或缺的光学器件,其作用是在光网络节点处实现对光路的交叉连接和对上下光路的分插,可应用于光互联、光传输、光路由等系统当中。基于绝缘体上硅（Silicon on Insulator,SOI）的光开关具有结构紧凑、可扩展性强、可靠性高等特点,是实现片上光网络可重构通信的关键部件之一。级联光开关进行延时,为大容量光网络中的数据同步、缓冲以及雷达系统中的超高速信号处理提供了一种可行的解决方案。对于其中常用的2×2 MZI热光开关单元,通常的3-dB耦合器直接影响了热光开关的工作性能。本文的目的是设计出高性能的3-dB耦合器,研制出基于高性能耦合器的低功率、低串扰热光开关;最终基于高性能热光开关,研制出相应的可调谐光波导延时线。本文在分析平面波导理论、耦合器以及热光开关工作原理的基础上,设计出了三种3-dB耦合器,并对比分析它们的性能优劣。然后,基于绝热耦合器,本文首先设计并制备了绝热耦合器型热光开关。实验结果显示:2×2绝热耦合器型热光开关的功耗为45 m W,光开关的插入损耗为11.8 dB,串扰为-23.1 dB。光开关的上升时间和下降时间分别为14μs和8μs。在1530-1570 nm的波长范围内串扰低于-15 dB,具有较好的波长无关性。为进一步改进器件的串扰和消光比等性能,本文又设计并制备了基于多模干涉仪耦合器的热光开关。实验结果显示:2×2多模干涉仪耦合器型热光开关功耗为41 m W,光开关的插入损耗为11.4 dB,串扰可达-30.1 dB。光开关的上升时间和下降时间分别为12μs和8μs。最后,本文设计并成功制备了基于多模干涉仪耦合器型热光开关阵列的3-bit光波导延时线。结果表明所设计延时线的最小延时量为7.9 ps,最大延时可达55.3 ps,较好的实现了预期研究目标。为了降低光波导中的传输损耗,提高延时范围,本文设计了宽度为1200 nm的6-bit多模光波导延时线,并获得了符合预期的延时实验结果,为集成化多通道波束形成和控制系统奠定了良好的基础。