硅基光子学与现有的CMOS技术兼容,其在下一代高速数据传输中展现出了巨大潜力。硅基调制器是硅基光子学中的一个关键元件,其在数据中心和超级计算机的短程光互连中有着广泛应用。相同设计同样流程造成的器件间的性能差异是硅基光子学在实际应用中面临的重要问题,但其研究主要局限于无源器件和简单有源器件。由于调制器的复杂性,人们很少对其性能差异进行深入分析。本文关注的是硅基MZ型调制器中驱动信号在行波电极上的反射偏差所造成的器件性能偏差。立足于调制器的基本理论,本文设计了基于行波电极的载流子耗尽型的硅基MZ型调制器,并对其无源特性、静态特性、高速调制特性、小信号特性做了系统测试。在高速调制特性测试中,调制信号特性由一系列性能参数表征,包括信噪比、消光比、均方根抖动、峰峰值抖动、上升时间、下降时间和误码率。从测试结果可以看出,调制性能差异较大。如,对于误码率最低(1.62×10-11)的器件,其信噪比为8.97dB,消光比为10.7dB;而对于误码率最高(1.09×10-6)的器件,其信噪比仅为6.44 dB,消光比仅为4.6 dB。在小信号特性测试中,驱动信号在行波电极上的反射由S11响应表征。从测试结果可以看出,不同器件的S11响应也存在着很大差异。从性能差异性出发,本文研究了驱动信号在行波电极上的反射与硅基MZ型调制器调制信号特性之间的关系。这里引入了相关系数对反射偏差的影响进行系统地和定量地分析。在适当的频率范围内,信噪比、消光比和误码率与平均反射幅度展现了相似的相关行为,而时间参数的相关行为则不同。对于抖动来说,峰峰值抖动受反射的影响比均方根抖动更大。虽然上升时间和反射的相关性不高,但下降时间却和反射展现出惊人的强相关性。这些行为都可以从器件物理的角度来解释或分析。尽管这些相关行为存在差异,反射与误码率(也许是最重要的性能参数)之间的相关系数接近1。研究表明,相关性分析和器件物理分析的结合可以揭示隐藏在表面复杂性能偏差下的丰富信息。理解这些信号特性偏差相关的器件物理对工艺控制和性能分析有一定的指导意义,并有助于发展具有较好工艺容差的器件设计。本文的方法和结果也有助于探索其他有源器件中的性能差异。