随着现代数字化电子信息产业的发展,人们对电子储存器件的数据容量、电子信息处理器的运算速度提出的要求也越来越高。与电信号相比,光信号具有数据容量大、传输速度快、不受电磁场干扰等优点,因而要达到大数据量存储、高速处理和低功耗这些要求,急需通过光电芯片来打破微电子产业摩尔定律的限制。而硅基纳米光波导是构成光电芯片的基础单元,它可以在纳米尺度下完成光信号的传输与处理,是实现光子器件小型化、集成化必不可少的单元。石墨烯作为一种新兴的二维材料,其零带隙具有线性色散的能带结构、超高的载流子迁移速率以及电控可调的费米能级使石墨烯成为一种极具应用前景的光信号处理材料。然而,将石墨烯应用于高效的光电转换器件最大挑战之一就是单层石墨烯有限的光吸收率。而将石墨烯集成到光波导上通过石墨烯与波导表面倏逝波的相互作用则可以解决这一难题,不但可以增强光与石墨烯的相互作用,增大光电转换效率,而且可以控制波导中光的传输,这对光信息芯片中不可或缺的电光调制、光电探测等器件具有重大的研究意义与应用前景。本文以目前国际最新研究成果为指引,围绕石墨烯与纳米光波导器件的集成,开展了基于石墨烯的硅基纳米光波导电光调制特性的研究。对石墨烯-光波导复合材料的特性进行了分析研究,加工并制备出石墨烯-光波导光电集成结构,进行了实验测试与结果分析。首次实验制备出双层石墨烯电容结构与硅基微环谐振腔相结合的电光调制结构,首次提出利用渐变微环谐振腔增大调制效率,首次利用石墨烯调控级联光波导微环谐振腔中的类电磁诱导透明效应。相关研究内容可归结为以下几个方面:1、对光波导的传输模式和单模传输条件进行了理论分析;通过对负责光输入和输出的光波导纳米光栅各参数的仿真与优化,提高了光栅的耦合效率;对核心单元微环谐振腔进行了理论分析。最后利用L-Edit软件对微腔谐振器集成单元进行了优化设计。利用电子束曝光以及感应耦合等离子体刻蚀等工艺完成了垂直耦合光栅作为光信号输入输出端的条形光波导以及微环谐振腔,对微环谐振腔的传输特性进行了测试分析,得到了品质因子为105高Q值微环谐振腔。2、对石墨烯的结构性质进行了理论分析,理论仿真了石墨烯费米能级、介电常数、等参数随电压的变化关系。通过化学气相沉积的方法(CVD)在铜箔基底上生长了石墨烯薄膜,并通过湿法转移的方法转移到了硅光波导的表面。解决了石墨烯-纳米光波导集成芯片加工过程中的多个工艺难点,并通过电子束蒸发、ALD原子沉积、紫外光刻等实现了石墨烯薄膜的图形化以及电极的生长等工艺,最后与PCB板引线并键合,得到了石墨烯与纳米光波导结合的光电调制芯片。3、对微环谐振腔-石墨烯复合结构进行了电光调制测试,设计并加工了新型的渐变微环谐振腔-石墨烯复合结构来增强石墨烯与光的相互作用,以增大调制效率,测试得到了高达26dB的调制深度,对测试结果进行了详细分析。通过双环级联的纳米光波导微环谐振腔的参数进行计算优化,在芯片上观察到了类电磁诱导透明效应,并将石墨烯的电控光吸收原理应用到级联微环类电磁诱导透明效应中,并在实验中实现了石墨烯对光波导中类电磁诱导透明效应的调控,对谱线的蓝移和红移进行了详细的分析计算。