随着互联网行业的迅猛发展，人们对信息的需求量也越来越多，数据传输和信息处理的速率也正向着Tbit/s迈进。传统的电互连由于其带宽、功耗等诸多方面的限制，已经很难在传输速率上大幅提升了。此时光互连正以其大带宽、低功耗等优势逐渐进入人们的视野并引起了广泛的关注，特别是早在上世纪70年代的长距离光通信的代表光纤已经成功地完全取代电缆，让人们对片上的“光进铜退”也充满了信心。但由于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的制备工艺不如电互连中硅基CMOS工艺成熟，而且化合物半导体与CMOS工艺也不兼容，因此片上光互连一直迟迟未能取代电互连。此时兼容CMOS工艺的硅基光子学便应运而生，同时它还具有成本低、尺寸紧凑等其他诸多优势。硅基光子学也正处于快速发展的进程中，并且人们已经以硅基为平台制作了诸多片上光子学器件，如激光器、调制器、复用/解复用器、开关阵列、探测器等。硅光子学俨然已经成为了光互联当中的一个重要的研究领域，并且在整个通信领域中占着举足轻重的分量。　　在本论文中，我们主要以硅基为平台进行电光开关的研究工作，其内容包括:光在SOI波导器件中的传输特性以及其器件设计方法的介绍，2×2电光开关单元的研究，电光开关阵列的研究，开关阵列的数学物理模型的建立以及对其中单元器件的性能参数的估计。采用了理论分析、模拟仿真、CMOS流片以及测试分析等研究手段。主要的研究成果如下:　　研究了2×2电光开关单元。从其传输矩阵出发，研究了其结构参数对其性能参数的影响，得出了臂长比臂宽具有更大工艺容差的结论。并且非对称MZI结构比对称MZI具有更大的工艺容差。但考虑到光学带宽问题，对称MZI结构光开关往往具有更广阔的应用领域和前景。分析比较了三种光开关中的分束器，其中DC分束器结构紧凑，绝热分束器具有大光学带宽及大工艺容差，MMI则介于二者之间。详细分析了初始随机相移对光开关性能的影响，尤其是电光开关，并以此为原则比较了单臂调制和双臂调制，得出双臂调制可以使光开关达到更高的性能的结论。研制了一个2×2硅基对称MZI-PIN型电光开关单元，其调制臂长为150μm，利用0.18μm的CMOS工艺线制作。基于双臂调制得到了约-20dB的串扰和15 dB～20dB的消光比，而其最大工作电压才1.05V，保证了低功耗以及低的自由载流子吸收。　　研究了光开关阵列。首先对其拓扑结构网络的研究，包括对其开关数目、互连级数、交叉波导数目等诸多因素对不同的拓扑结构进行了分析比较。并以其中开关数目和交叉波导数目都较少的完全无阻塞型拓扑结构，网格型光开关阵列为基础研制了一个4×4完全无阻塞电光开关阵列，其封装尺寸约为4.6mm×1mm。通过外接分压驱动电路对其加电测试，测出其插损约为16dB～20dB，串扰约为-13～-27dB。其中开关单元的最大工作电压1.092V，对应的功耗约为20mW。而这些性能都将在采取双臂调制后得到很大的改善。测试结果表明该开关阵列的开关时间＜2ns，这在目前国际上都属于较高的水平。并且提出了光开关阵列中存在的开关单元间电气串扰、损耗过大等问题的一些解决方案。　　计算了一般分束器的传输矩阵，并以此得出了分束器中的相位-损耗-分束比的关系;然后以分束器传输矩阵为基础推导出了光开关单元及阵列的传输矩阵，从而建立起开关矩阵数学模型。同时以光开关阵列中的双光束干涉建立物理模型，并且以此解释了光谱中测出的干涉峰以及引起的6dB串扰劣化。最后根据这两个模型，提出了一种估测光开关阵列中开关单元性能参数的方法，即通过曲线拟合后进行线性方程组求解。并以4×4完全无阻塞电光开关阵列的实测数据为例计算出了其中每个开关单元的串扰，大约为-20dB左右，同时根据该结果反推出的光谱曲线与实测光谱拟合很好，验证了该方法的可靠性。这也为今后对开关阵列的深入研究提供了一种简单有效的分析工具。