近几十年里,近红外波段的硅基光子器件因其在通信领域的重要应用已经发展得较为成熟,但是中红外波段(2.5-25 μm)硅基光子学的研究还亟待发掘。中红外波段的硅基集成光子器件包括波导、光源、调制器、探测器、光谱仪等,其中微型集成光谱仪引起了人们的广泛兴趣,并开辟了在化学医药、生物传感和环境监测等相关领域的应用研究。傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)相对于传统色散型光谱仪具有光谱分辨率高、光谱范围宽、测量时间短等优点,但是作为其核心元件的传统迈克尔逊干涉仪仍具有光学损耗高、系统稳定性低等不足。因此,一种可应用于微型傅里叶变换红外光谱仪的基于热光效应的新型干涉仪成为了人们近阶段研究的热点。本文设计了一种基于热光效应的中红外硅基马赫—曾德尔(Mach-Zehnder)干涉型调制器,其原理是在MZI型波导的信号臂上设计金属加热片,通过焦耳热调节信号臂的折射率实现光的有效控制输出。本文首先利用Lumerical仿真软件设计了MZI型热光调制器的基本结构,通过模拟优化了器件的结构参数和金属加热片尺寸,进而有效降低了波导传输损耗和热调制器的开关功率,最终确定了最佳的器件尺寸。经计算得到器件的理论传输损耗为1.6 dB/cm,调制功率达到40.80 mW。在此基础上,我们将设计的MZI调制器结构与其它基于SOI平台的微纳光学无源组件相结合,制备得到了完整的热光调制器。实验结果表明,在3.8 μm的工作波长下,波导的传输损耗约8.430 dB/cm,MZI型调制器的插入损耗为0.378 dB,消光比为25.4 dB。由于实际加工器件表面存在平整度的问题,且仿真中定义的材料物理性能参数与实际材料参数间存在差异,实验最终得到器件的调制功率低至35.2 mW。作为微型硅基中红外光谱仪的核心部件,该热光调制器在单一尺寸结构上实现了对不同波长的调制输出,并且降低了调制功耗,提高了系统稳定性。这一研究工作为实现中红外波段的微型集成芯片光谱仪奠定了理论基础。