中文摘要：

集成光学器件从平面结构向三维立体结构发展，是充分利用集成光学器件体积小、速度快、集成度高等优势的结果，并可增加器件的稳定性，是光子集成光路（PIC）的发展趋势之一。本研究项目提出一种基于三维多模干涉器件，采用嵌入式区域调制三维空间上的二维分布空间光调制器阵列或光逻辑器件，在理论上提出多模干涉器件输出的像可看成由多模区内多重像在三维空间干涉或耦合产生"虚"互连的设想，研究基于多模干涉区内三维空间光束的干涉、耦合产生的"虚"互连机理，借助于空间滤波概念，通过在多模干涉区自成像位置的嵌入式控制（或滤波），达到对二维输出平面成像的调制的空间光调制器阵列或光逻辑器件。基于二维限制多模干涉器的三维集成光学器件在三维空间的光互连、光同步、波分复用、光学相控制雷达、光并行计算等方面有着诱人的应用前景，具有结构紧凑，集成度高的特点，在光信息处理领域有着重要的科学研究和广泛应用研究的意义。

结论摘要：

集成光学器件从平面结构向三维空间结构发展是光子集成光路的发展趋势。通过本项目的研究，我们清晰地给出了三维空间的多模干涉器件的成像以及"物"与"像"点之间的"虚"互连机理，证明可采用各像点相位控制来实现输出像的特性，从而可实现在三维空间的光调制器或光逻辑编码器件，完成了预期的研究内容和目标。我们提出了基于多模干涉结构的多种集成光学器件，在多模干涉区嵌入式相位控制的方法，研制了紧凑型可变光衰减器（调制器）和光开关等器件，以及基于多模干涉器件的光开关阵列和逻辑编码器件等理论研究。采用多次电场辅助离子交换方法，实现了玻璃基深埋式三维空间波导的制作。同时开展了空间多波导阵列的耦合特性、多波导阵列的强耦合特性、有限光束掠反射机理及其应用、基于光子晶体的多模干涉结构的传输特性和非互易多模干涉器件隔离器等其他相关内容的研究。本项目研究成果和经验积累，对深入进行三维集成光学器件理论和应用研究，探索这种结构紧凑、集成度高的集成光子器件在空间光互连、光并行计算等光信息处理领域有着重要的指导意义和参考价值。