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硅基光电子集成(Si-OEIC)是当前国际上的一个研究热点.Silicon-on-insulator(SOI)材料以其优异的性能成为制作光子集成和光电子集成芯片的最佳侯选材料之一.光网络的拓扑要依靠各种光分插复用(OADM)、光交叉连接(OXC)单元,稳定、可靠、低成本的集成光开关列阵是构建这些单元的关键器件.同时,光调制器也是光网络中不可或缺的控光器件之一.该课题围绕SOI波导电光调制器和电光开关进行了研究.由于硅是一种具有反演对乐中心的晶体,非应变的纯净硅没有线性电光效应(Pockels效应),二阶电光效应(Kerr效应)存在但很弱,另一种电场效应Franz-Keldysh效应(电吸收效应)也很弱.改变硅的折射率的最有效的方法是利用自由载流子等离子色散效应.因而,SOI波导电光调制器件的工作原理基于硅的自由载流子等离子色散效应.通过调制区PIN的正向注入载流子,导波层硅的折射率发生改变,调制区波导中传输的光场的相位发生改变.采用Mach-Zehnder干涉仪结构,可以将这种相位调制转化为强度调制,从而实现对光的调制和开关功能.该文采用二维半导体器件模拟工具PISCES-Ⅱ和2D-BPM工具研究了SOI电光调制器件相位调制的基本原理,对电光调制过程中涉及到的多种因素,如调制区PIN结构及掺杂特性、载流子吸收效应、大电流注入下热光效应等进行了分析.多模干涉(MMI)耦合器由于尺寸紧缩、制作容差大、光学带宽大、对偏振不敏感等诸多优点,在集成光学中得到越来越多的应用.该文在多模干涉耦合器的基础上,采用Mach-Zehnder干涉仪结构设计制作了SOI波导电光调制器和开关.根据多模干涉(MMI)耦合器的基本原理,提出并实现了多模波导为线锥形结构的MMI 3-dB耦合器,尺寸与传统的MMI 3-dB耦合器相比缩短了近40％,器件输出均衡性为0.51dB.利用这种尺寸紧缩的MMI 3-dB耦合器作为分束器和合束器,设计并制作了Mach-Zehnder干涉型SOI电光调制器.在注入电流为193mA时,调制深度可达72％.利用配对干涉2×2MMI 3-dB耦合器作为分束器和合束器,设计并制作了Mach-Zehnder干涉型2×2 SOI电光开关,器件的消光性能是目前报道结果中最好的.在普通干涉多模干涉耦合器的基础上,设计并实现了一种新型的零调制臂长度的Mach-Zehnder干涉型器件——区域调制型MMI 2×2电光开关,在注入电流为187mA时,实现了光在两个输出通道之间的转换.根据光场在波导前后端面多次反射形成的多次回波的强度与波导长度、端面反射系数、波导损耗系数之间的关系,提出了一种测量光波导传输损耗的新方法——多次回波法.这种方法有效消除了传统方法如截断法多次耦合时由于耦合状态的改变所带来的测量结果的分散性和不确定性.该文阐述了多次回波法的原理并给出了该方法测量反应离子刻蚀制作的SOI单模光波导的测试结果.