近年来,随着5G、数据中心等技术的飞速发展,其对互联带宽的需求也越来越高。而光收发模块作为承载网络关键组成部分,互联带宽的提高对光收发模块的传输速率也提出了更高的要求。目前,对于提升光收发模块的传输速率,光收发模块的厂商大多采用提升通道数量和空间密度的方法,但是受限于光收发模块的体积和该方法带来的串扰等信号完整性风险,该方法的发展潜力很难满足互联带宽需求的增长速率。与之相比,提高单通道的带宽和传输速率在获得更高的整体传输速率的同时也获得了更多的设计裕量,有着巨大的潜力和发展前景。因此,本文为保证和提高光收发模块单通道的传输速率,从高性能器件集成和封装的信号完整性两方面介绍和分析了4×100Gb/s光收发模块在集成封装层面上的关键技术,以信号完整性理论为基础,研究了高传输速率光收发模块板上芯片封装（Chip on Board,COB）的设计规则。本文的主要工作如下:（1）介绍了薄膜铌酸锂马赫曾德尔调制器的特点及其在提升光收发模块传输速率中的潜力。通过电磁场理论推导了铌酸锂晶体中的电磁波的传播特性和铌酸锂晶体的线性电光效应,并以此为基础推导了薄膜铌酸调制器的工作特性方程,阐述了薄膜铌酸锂调制器相较传统的硅光调制器和体材铌酸锂调制器的优势,以及其对集成封装的新要求。（2）介绍了集成封装层面的信号完整性分析的主要理论、工具和方法,时域和频域分析了集成封装层面影响信号完整性的关键因素如阻抗的连续性、高频效应等。通过数值仿真和理论分析,针对50GHz以上的高频信号,对COB上的传输线、叠层、键合段以及焊接过渡段进行了优化设计。（3）对4×100Gb/s光收发模块集成关键技术进行了实验与分析。实验证明,经过信号完整性设计的COB封装在50GHz的带宽内,插入损耗小于3d B,回波损耗大于10d B,眼宽大于0.22UI,眼高大于0.03,采用四电平脉冲幅度调制（4-level Pulse Amplitude Modulation,PAM4）单通道可以满足100Gb/s以上的传输速率,从而实现4×100Gb/s的总传输速率。