近十几年来，随着信息量的剧增，光通讯产业也得到迅猛发展，存在着广阔的市场前景。光学波导是光通讯产业发展集成工艺的基础，人们努力对新材料，新方法，新思想，新器件进行探索，以期获得优良的波导材料，理论处理方法和光通讯器件。 波导损耗决定了波导的实用性，低损耗的波导会带来更大的工作范围。本论文采用了一种新的有机酸材料，戊二酸，作为质子源与Z切铌酸锂基板交换制作光波导。这种质子交换源的交换速度快，在221℃达到0.275μm<,2>／h。戊二酸不仅可以获得大的波导折射率改变量，达到0.12，波导损耗也非常小，仅有0.2db／Cm。这种低损耗的光波导有很大的实用价值，可作为优良的基板材料用于制作集成光波导器件。 光学波导根据基板材料的特性一般分为各向同性光波导和各向异性光波导。各向异性波导由于其复杂性使得其分析也更加繁琐。数值方法可以很精确地获得波导的模式解，可是却很难有清晰的物理意义。而物理方法却鲜有精确的解。本论文给出了一种基于转移矩阵的新分析方法，对各种复杂的各向异性波导结构均给出了精确的分析，物理意义清晰。针对各种分布，如三层波导，四层波导，渐变折射率波导，具有断点的不连续分布波导，都给出了明确的色散方程。与数值方法的对比发现，这种方法的计算结果精确，精确度达到1×10<-5>。我们对TE和TM模式也提供了归一化的描述，使得模式的处理更加简便，具有更高的适用性。 光波导折射率分布不但决定了波导的模式分布，也给波导的制备过程提供很好的反馈。渐变波导的折射率分布恢复采用的非破坏性方法通常都采用直线连接模式点，这显然违背了实际的波导渐变分布。对于实际的渐变折射率分布，都是曲线光滑的。数值方法中的样条函数插值方法则可以很好的解决这个问题。本论文采用新的思想和方法，二次样条函数插值法，对渐变折射率光波导的折射率分布进行了逼真地恢复。三次样条插值函数的两阶导数连续，保证了曲线的光滑，使得模拟的分布与真实的折射率平滑分布非常接近。根据二阶导数对曲线凹凸性的判断，加入合理分布的判断准则，本方法可以州作非典型分布的渐变折射率恢复。针对各向异性波导材料的广泛使用，本方法也第一次对复杂的渐变折射率各向异性波导折射率形状进行了恢复，同样取得了非常好的结果。这种方法不但可以很的处理多模波导(人于4个导模)，而且也可以很好的处理少模波导(2-4个导模)。对于典型的实验误差1x10<,-4>本方法都可以很好的处理。这种方法的应用将会给更多各向异性材料制作的光波导提供更加准确的分析工具。结合表面等离子波和近表面折射率得测量，本方法实现了单模渐变波导的折射率恢复，结果也相当精确。 退火质子交换波导具有制作工艺简单，折射率调制大，损耗低等优点，而m亮线装置在双棱镜中间留下了很好的一块可以用作调制的区域，可以在上面方便地镀上电极，用作光调制。本论文提出了新的器件模型，退火质子交换平面波导电光调制器。双棱镜耦合产生了m亮线，质子交换铌酸锂波导材料由于电光特性在电场作用下折射率会发生改变，进而引起m亮线的移动，引起输出光强的变化，实现电光调制，调制电压仅15V。基于其良好的光约束特性，结合周期畴反转工艺，退火质子波导还可以用于制作波导倍频和波长转换器件。波导倍频在555.7nm处达到了75％/W·cm<2>的归一化转换效率。基于二次级联非线形效应，实现了从1543.8nm到1520.5nm的波长转换。