随着通信技术的发展,尤其各种智能设备的普及应用,以数据存储、传输、处理为基础的“大数据时代”对于通信网络的传输提出了更高的要求。集成光学凭借其体积小、低能耗、大带宽等优点,在光互连、光通信等领域获得越来越多的青睐。尤其硅光子学其同CMOS工艺相兼容的优势,使光集成芯片与电集成芯片的混合集成成为可能,在诸如芯片间、芯片内部采用光互连的技术可突破电互连在带宽、功耗等方面的瓶颈。为了进一步的拓展片上光互连的带宽,本文基于硅纳米线波导在片上复用技术方面做了一些工作。首先,本文结合耦合模理论对非对称定向耦合器进行了详尽的分析,对提出的采用级联的非对称定向耦合器结构的模式复用器的设计过程、波长、串扰特性以及工艺容差的影响进行了详尽的讨论。首次在片上实现了超小结构的四模式通道的模式(解)复用器,其串扰低于-20dB,插损小于0.5dB,具有优良的性能。其次,结合偏振复用技术本文提出一种同时实现偏振复用和模式复用技术的系统,进一步的增大光链路的带宽,并针对其关键器件偏振-模式混合复用器进行了深入的研究。首先对两种超小结构的偏振分束器——弯曲非对称定向耦合器型偏振分束器和级联非对称定向耦合器型的偏振分束器的设计原理、器件的设计过程进行了分析,并给出了其实验结果。利用级联非对称定向耦合器型的偏振分束器和非对称定向耦合器设计实现了一个同时实现四个TE模式和四个TM模式复用的八通道的偏振-模式混合(解)复用器,并对其性能、工艺容差进行了详尽的阐述。实验结果显示八个通道的串扰均低于-11dB,同理论分析结果相吻合。在此基础上,提出一种利用光栅型起偏器的改进方案,将八通道的混合(解)复用器的串扰降低至-18dB以下。再次,结合成熟的波分复用器AWG,提出一种可同时实现波分复用技术和模式复用技术的超大带宽的64通道波分-模式混合(解)复用器。在此基础上,提出一种采用双向AWG设计的改进方案,减小AWG的数量,使其结构更为紧凑,同时也增强了工艺稳定性。改进后各通道的串扰约-14dB,为光互连带宽的提升提供了一种切实可行的解决方案。最后,我们总结全文的主要工作,并对片上复用技术的相关工作进行了展望。