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硅基光子器件,依托于成熟的互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺体系,具有低成本、低功耗、体积小、可大规模集成等突出优势,被视为是构建集成光电子器件的理想平台。由于硅材料本身具有较高的热光系数(1.84×10–4/K),热光调节被广泛应用于各类热光功能器件,包括光滤波器,光开关,光调制器等。传统的热光器件采用金属作为加热源。然而,为了避免金属带来的光吸收损耗,一层较薄的二氧化硅层会被沉积到硅基器件之上。由于二氧化硅具有较低的导热系数（1.44 W/m·K）,这极大降低了热光器件的热调效率和响应时间。因此,如何提高热光功能器件的热调效率成为研究热点。石墨烯,六边形堆积的单层碳原子,凭借其优异的性能引起人们的广泛关注。如常温下,高达200,000 cm2v–1s–1的载流子迁移率,超宽的光吸收带宽和可调节费米能级等。因而,石墨烯被应用于实现各种新奇的光电器件,如超快的光调制器,超宽的光探测器和超敏感的光传感器。特别地,在垂直入射光条件下,单层石墨烯对光的吸收率仅为2.3%。这意味着其能和硅基器件直接接触。同时,石墨烯的热导系数高达5300 W/m·K,这一数值比钛高300多倍。正是由于这些优秀的性能,石墨烯作为一种理想的材料被应用于硅基热光器件中。此外,我们发现器件具有强的光与物质相互作用,会提高热调效率。强的光与物质相互作用可以通过减小器件的光模场体积来实现。如果器件的光模场体积缩小,覆盖光模场体积的热场体积也相应减小,热效率也就增强。本论文的研究主要依托于拥有超小光模场体积的硅基纳米梁谐振腔器件,研究硅基石墨烯器件的热光性能。首先,我们设计出具有超小光模场体积的硅基纳米梁（Nanobeam）谐振腔,纳米梁谐振腔是在直波导上刻蚀出一排空气孔形成的,整个谐振腔由反射区和锥形区组成。锥形区由11个空气孔构成,这样设计是用来降低散射损耗和避免模式失配。呈对称分布的反射区由18个空气孔构成,目的是确保光被尽可能多的反射回中间位置。我们通过FDTD仿真,得到了消光比为14 dB,品质因数为5000,光模场体积为0.145μm3的纳米梁谐振腔器件。为了分析所提出结构的热调效率,我们利用COMSOL软件对其进行了3D热学仿真。在仿真中,我们将石墨烯、硅和二氧化硅的热导系数依次设置为2,000 W/m·K、80W/m·K和1.38 W/m·K。将空气的热对流系数设置为5 W/m2·K,石墨烯的厚度为0.5 nm。在加热功率为1 mW时,得到了nanobeam谐振腔中的硅温度升高了30 K。最后,我们依据仿真结果,对器件进行了加工及测试。器件的热调效率为1.5 nm/mW,远高于传统的热光器件的热调效率。我们同时测试了器件的响应时间,上升沿时间常数为1.11μs,下降沿时间常数为1.47μs。