集成光路工作的工作對象是光波，而光的波長為微米數量級，因此集成光路的截麵尺寸在幾微米到幾百微米之間，其尺寸精度須小於光波波長的十分之一。集成光路中都是一些微型的光學元件，正象電路是由一些導電的電線將各種電子元件連接起來而組成的那樣，集成光路是由傳光的“導線”將各種集成光學元件連接起來的。這裏，將主要的集成光學元件作一簡單介紹。
1.薄膜光波導
薄膜光波導是集成光路中傳光的“導線”，它將光路中的各個微型光學元件連接起來。光波作為導引波被限製在薄膜光波導中傳輸，按照光的全反射原理，波導折射率必須比鄰近介質折射率高。薄膜光波導的透明介質的折射率，周圍介質的折射率，空氣的折射率，薄膜光波導可以做在介質之上或之中。象光學纖維傳光那樣，由於折射率光線在一定入射角的情況下，就能夠經過兩薄膜界麵的多次全反射而傳輸。
由於薄膜光波導的尺寸可與光的波長比擬，因而光在其中的傳輸現象應當用波動理論來解釋。理論分析表明，薄膜光波導也有傳輸模式問題。由控製薄膜厚度和波導橫向寬度，以及波導與周圍介質間的折射率差，就能夠得到一定模式的傳輸。每一種模式，都有它自己獨特的場結構和傳播速度。單模波導輸出的是一個光斑，尺寸較小的多模波導輸出的是幾個光斑或複雜的花樣；尺寸大、模式多，則花樣將是混亂不清的大光團。
薄膜波導傳輸光能，由於波導尺寸很短，因而衰減很小。不過，引導光束轉彎的彎曲光波導，轉彎不能太急，否則就會產生較大的光能損失。彎曲半徑與材料相對折射率有關，相對折射率差越大，可允許的彎曲半徑就越小。
2.薄膜激光器
激光器的種類繁多，其中半導體激光器體積很小，其製造工藝本來就是與集成光路相似的。例如，半導體激光器中的雙異質結砷镓鋁激光器，它已經是一種集成光路，即一種集成的光振蕩器，因為其內部存在一個集成的薄膜波導諧振腔。利用集成光路工藝，還可以將砷镓鋁激光器製成分布反饋砷镓鋁雙異質結激光器。分布反饋具有選擇性，因而產生的激光單色性好，譜線寬度達0.5□，這對於大容量光學纖維通訊係統是十分重要的，可以減少纖維材料色散對脈衝展寬的影響。分布反饋激光器頻率的溫度特性比雙異質結激光器好，輸出光的模式也較好。
薄膜激光器是集成光路中的光源。從薄膜激光器的結構形式和激光的形成方式來看，有複合耦合激光器、尖劈耦合激光器、瞬息耦合激光器、光柵耦合激光器、分布反饋激光器等。
3.薄膜耦合器
為了使集成光路集成化，如何將激光器發出的光高效率地耦合到光波導中去，則是一個重要的課題。將外麵的激光束發射到均勻薄膜波導中去，可以采用各種類型的耦合器。
第一種辦法是透鏡聚焦法。利用透鏡，將光聚焦到薄膜光波導的端部，從而使光進入薄膜中去。但這種直接解決的辦法是很困難的，因為薄膜的厚度隻有微米量級。
第二種辦法是棱鏡耦合法。將一個折射率高於薄膜的棱鏡放在薄膜上方，中間有一空氣間隙。光經過棱鏡折射並穿過間隙而進入薄膜。耦合麵積較大的，耦合效率可達81%。盡管所采用的棱鏡很小，但放在薄膜形式的集成光路中仍然顯得太大；而且由於不能用集成光路工藝形成，因而製作也不方便。但這種方法還是一種成功的而且被廣泛采用的方法。
第三種辦法是劈尖耦合法。這是在薄膜的邊緣製成劈尖形狀，劈尖坡度在0.01～0.001，坡長為10～100個光波長。襯底折射率小於薄膜折射率，典型值為，劈尖耦合的工作原理，可以用光的全反射來解釋。輸入光束是由襯底進入劈形薄膜的，經過折射而進入波導，在波導內全反射傳輸。這種耦合器的耦合效率為40%。
第四種辦法是光柵耦合法。采用集成光路的工藝方法，在薄膜光波導上形成一列光柵，其尺寸很小。當一束光入射到光柵上時，一部分光反射，一部分光透射，一部分光衍射，一部分光發射到薄膜中去傳輸。這個光柵，通常是將波導頂上適當部分光阻材料層加以曝光和顯影而製造出來的，或通過光阻材料掩模而把光柵刻蝕在波導頂上。這種耦合方法，在入射角調整得最佳時，反射、透射和衍射的光能總和為60%，也就是說，有40%的光能耦合進入薄膜中去。如果設法減少反射損失，耦合效率還能大大提高，這可以利用光束直徑與最佳耦合長度相匹配及提高光柵傳播方向上的效率來達到。這也是常用的一種耦合法。