随着集成电路的发展,芯片越来越接近工艺制造的极限,面对大数据量传输的需求的增加,以光为传输载体的光互连技术开始崭露头角,因其具有高速传输速率以及抗电磁干扰等优良特性,可突破电互连在带宽、功耗等方面的瓶颈。光逻辑器件是光互连中实现高速、大容量光信号处理的基础元件。其中,可逆逻辑器件因将输入与输出一一对应,能解决不可逆逻辑中因信号位丢失而引起的散热问题而备受关注。硅基光子技术可兼容现有互补金属氧化物半导体工艺,在通讯波段基本无损透明,具有宽带、高速、低功耗、易于集成等优势。鉴此,本论文将围绕基于硅光波导的可逆逻辑门进行研究,具体研究内容如下:1、提出并研究三种基于石墨烯-硅槽型波导的光学可逆逻辑门,包括Toffoli门、Peres门和Fredkin门。所提出的Toffoli门、Peres门和Fredkin门由Mach-Zehnder干涉结构和多模干涉耦合器级联而成。在每个Mach-Zehnder干涉结构中的移相器是由石墨烯-硅槽型波导所构成。当石墨烯的化学势被外加电压调节后,所设计的石墨烯-硅槽型波导有效折射率的实部将发生改变,进而改变Mach-Zehnder干涉结构的输出状态,继而实现Toffoli、Peres和Fredkin门逻辑功能。在波长为1550 nm处,当石墨烯的化学势从0.60 e V变化至0.90 e V时,所设计的Toffoli、Peres和Fredkin门的最小消光比分别为24.19 d B、24.60d B和18.63 d B,最大串扰分别为-32.56 d B、-27.81 d B和-20.80 d B。2、提出并分析一种基于交叉相位调制效应的硅基全光Fredkin门。所设计的硅基全光Fredkin门是由四个定向耦合器以及两个相移臂所构成。其中,四个定向耦合器包括两个2×2定向耦合器、一个2×1定向耦合器以及一个1×2定向耦合器。通过控制输入的泵浦光与信号光,使其在相移臂中引发交叉相位调制效应,用以改变上下相移臂中信号光的相位差,从而在所设计器件的不同端口输出不同幅度的光波,继而实现Fredkin门的逻辑功能。与此同时,通过利用Matlab并结合分步傅里叶法对所设计的硅基全光Fredkin门进行仿真分析,结果表明,器件的最差消光比可达到48.46 d B。3、提出并实验验证一种基于硅基微环的Feynman门。所提出的Feynman门是由两个微环谐振器级联而成。通过调节加载在微环上的电信号,利用硅材料的热光效应,使微环的谐振状态发生变化,继而实现Feynman门逻辑操作。实验结果表明,在1550 nm的工作波长下,所制备的Feynman门可以实现较高的消光比和较低的串扰。在“00”、“01”、“10”和“11”四组逻辑操作数作用下,器件的最小消光比为14.73 d B,测得的开关10%-90%上升时间和90%-10%下降时间分别约为6.91μs和15.68μs。