随着光纤通信技术的进展，全光网络成为未来的发展方向。作为全光网络中节点处实现光交叉连接(OXC)和光分插复用(OADM)系统的关键器件，光开关及开关阵列成为当今研究的一项热点。SOI材料具有导波性能良好，与硅微电子工艺完全兼容，成本低廉，适于大规模集成等优点，是制作集成光电子器件的一种重要材料。　　 本文全面研究了热光型SOI光开关，在深入研究各种组件和单元技术的基础上，重点研究了光开关阵列的集成技术，特别是成功的研制出了16×16光开关阵列。　　 实现低损耗的SOI单模光波导是制作光开关器件的先决条件。分析了SOI波导几种不同类型的损耗的产生机制及可行的改善方案。对其中最重要的一项界面散射损耗，提出了一种热氧化的改善方法。通过Suprem工艺模拟和实验验证了热氧化方法能够有效的降低波导表面粗糙度，获得光滑的波导表面，从而减少波导表面的光散射。弯曲波导是集成光学中不可缺少的一种组件。通过对影响SOI脊形波导弯曲损耗的几种因素进行分析，确定了单模弯曲波导的最佳结构参数。探讨了减小弯曲损耗的几种方法，并进行了实验研究。实验结果显示在弯曲波导外侧刻槽能有效消除弯曲损耗。　　 由于备向异性湿法刻蚀工艺成本低廉，操作简单，且可以得到很光滑的波导侧壁，采用了湿法刻蚀来制作2×2热光波导开关器件。MMI耦合器具有尺寸紧缩、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。在多模干涉耦合器的基础上，采用MZI结构设计制作了SOI热光波导开关。2×2热光开关消光比达到了26dB，开关功耗为217mW，开关的上升和下降时间分别为10.5μs和8.5μs。对光开关芯片后期的端面处理、耦合和封装工艺进行了研究，为SOI光波导开关阵列的实用化打下了良好的基础。　　 研究比较了各种完全无阻塞、重排无阻塞和阻塞型光开关阵列的拓扑结构的优缺点。有选择的设计了8×8重排无阻塞型和16×16阻塞型的大规模SOI光开关阵列。开关阵列由2×2开关单元通过弯曲波导交叉连接而成。设计中对交叉波导部分进行了模拟优化。通过减小上包层SiO2厚度、调制臂区域波导Si层厚度和埋层SiO2厚度，进一步提高了开关单元的开关速度。采用先进的ICP干法刻蚀技术进行器件制作。8×8重排无阻塞型光开关阵列大小尺寸为1×51mm2，在中心波长1550nm处的插入损耗小于27dB，串扰为-13.5dB～26.6dB，消光比为15dB～22dB，开关单元的功耗为220mW～240mW，器件响应时间上升沿为2.18μs，下降沿为2.63μs。16×16阻塞型光开关阵列大小尺寸为2×43mm2，插入损耗小于37dB，串扰为-5.7dB～37dB，消光比为13.8dB～24.2dB，开关单元的功耗为210mW-230mW，器件响应时间上升沿为2.43μs，下降沿为2.9μs。　　 据所知，16×16 SOI热光波导开关阵列是至今为止国际上报道的最大规模的SOI光开关阵列，其研制成功大大提高了SOI光波导开关的研究水平。