当前电互连已经不能满足集成电路向小尺寸方向发展过程中的各项需求,成为限制集成电路工业发展的主要瓶颈。光互连具备高速、低功耗、高可靠性等优势,用它来替代电互连已经成为一种现实可行的方案。本文主要对光互连中SOI光波导器件进行了设计与分析,主要研究内容包括如下几个方面:第一,以有效折射率法为基础,对脊形结构SOI光波导的模式特性进行了研究。为确定其单模工作条件,分别利用几何光学理论和二维BPM法对不同厚度平板波导的有效折射率进行了计算,结果表明由两种方法所得的计算结果只有微小的差别,约为10-6量级。在此基础上,确定了脊形波导的各结构参数,当长度为10000μm时,其附加损耗仅为0.02d B。第二,利用三维BPM法,对基于SOI的各种类型Y分支波导进行了设计与优化,仿真结果表明直臂型Y分支波导仅适用于小角度情况,其附加损耗随着分支角的增大而迅速增大;而对于S型Y分支波导,可以通过在波导连接处引入偏差、增大波导弯曲半径来减小附加损耗,并得出在纵向传输距离和分支间距均相同时,三种S型Y分支波导的附加损耗Cos-S<Arc-S<Sin-S的结论。在此基础上,所设计Y分支波导在分支角为10o时最小可达1.86d B。第三,对基于SOI的MMI型光耦合器进行了设计与优化,首先利用三维BPM法对传统导模传输法的计算结果进行了修正;在此基础上,设计了三种类型的MMI光耦合器,其中重点设计并优化了集成度较高的对称型MMI光耦合器,通过修正输出波导位置并加入锥形波导优化,器件的附加损耗和不均衡度大幅度下降,分别达到0.33d B和0.00209d B,为优化前的28%和5%,且其性能在C波段和L波段均大幅改善;此外,在相同性能标准下,多模波导宽度的容差度也提高至39.6μm-41.0μm。文章最后对SOI光开关进行了设计与研究:基于SOI光开关的电光调制机理,利用器件仿真软件ISE-TCAD对其电学结构进行仿真,结果显示可以通过增大掺杂浓度和掺杂深度,减小掺杂区到波导内脊区的距离来提高光开关的调制效率;在此基础上分别设计了基于Y分支和MMI光耦合器的1×1、2×2型和1×4型光开关,所设计SOI光开关器件的附加损耗在1.55d B以下。