电光调制器是光纤通信系统中的核心元件,具有速率高、宽带宽、尺寸小和易集成等特性的电光调制器是研究重点。传统的电光调制器主要是利用LiNbO3或III-V族材料的电致折射率效应实现高速的电光调制,但面临着尺寸大、集成度低、制作成本高等问题。硅基光调制器利用廉价的硅材料和成熟的硅基工艺,具有光电子与微电子混合集成的潜力,对于实现高速率、宽带宽和尺寸小、可集成的电光调制尤为重要。本论文以基于微环谐振结构的硅基电光调制器作为研究对象,重点研究了内嵌式石墨烯-硅基微环电光调制原理、结构设计和器件仿真,主要内容为以下几方面:1、研究了硅基光波导的耦合模方程,得到了硅基微环谐振结构的理论模型,分析了微环参数,包括微环半径、耦合波导间距、微环损耗对于微环谐振器的影响,并分析了石墨烯-硅基微环电光调制的工作原理,为石墨烯-硅基微环电光调制器设计提供参考;2、设计了内嵌式双层石墨烯-硅基波导结构,利用有限元分析法,建立了石墨烯-硅基波导的有效折射率随电压变化的关联关系,得到石墨烯-硅基电光调制器的TE和TM模电光调制特性。利用该波导设计了一种石墨烯-硅基微环电光调制器,通过优化内嵌石墨烯在波导中的位置、隔离层厚度、隔离层材料和波导尺寸、环波导与直波导间距,得到了速率高、宽带宽和小尺寸的石墨烯-硅基微环电光调制器;3、为了进一步增强石墨烯与光波的相互作用,提出了内嵌多层石墨烯的硅基波导结构,对比不同层参数,发现四层石墨烯硅基波导最优,结果表明,内嵌式四层石墨烯-硅基微环调制器的TE模调制消光比可达32.1dB、驱动电压为6.22V、每比特能耗为6.8fJ,TM模调制消光比可达37.4dB、驱动电压为2.2V、每比特能耗为0.92fJ,调制带宽为140GHz;为了消除对TE模和TM调制效果的不同,通过在波导中同时引入水平和垂直的石墨烯层,提出了一种四层石墨烯-硅基微环偏振无关电光调制器。4、对论文工作进行总结,并对石墨烯-硅基微环电光调制器的前景进行了展望。