石墨烯作为一种新兴的二维材料,由于其优异的电光特性,已经成为集成光电子领域的新宠儿,特别是对于具有良好CMOS兼容性的硅基光电子。将石墨烯和硅基光波导相结合所形成的石墨烯-硅波导具有等效折射率动态和高速可调节的特性,丰富了可调谐集成光电子器件的实现方案,为片上光互连领域注入新的活力。鉴此,本论围绕着石墨烯-硅波导,并结合微环谐振腔和Y分支结构,研究若干个基于石墨烯-硅波导的集成光电子器件。其贡献与创新之处如下所述:1.基于石墨烯-硅波导级联微环结构的带宽可调光带通滤波器:器件的基本单元为基于石墨烯-硅波导的串联三环谐振腔。通过改变石墨烯的化学势来调谐基于石墨烯-硅波导的串联三环谐振腔的谐振波长,四组基于石墨烯-硅波导串联三环谐振腔的滤波谱相干叠加,实现带宽可调光带通滤波谱。通过仿真优化石墨烯-硅波导和器件结构参数,所设计的光带通滤波器可实现2.70nm-6.30nm的带宽动态调谐范围,带内纹波小于1d B,且当带宽调谐至最大时,器件的消光比大于92.35d B,插入损耗约为1.41d B,形状因子约为0.71。2.基于石墨烯-硅波导Y分支结构的双模光开关:器件采用由石墨烯-硅波导作为两输出臂的对称Y分支结构。当石墨烯化学势被外加电压信号调谐时,基于石墨烯-硅波导的Y分支输出臂中模式等效折射率发生变化,由此实现光开关状态高速切换。所设计的双模光开关可支持TE0和TE1输入模式,并实现输入模式灵活分离、转换以及路由。通过仿真优化石墨烯-硅波导和Y分支结构参数,器件的3-d B带宽为47.94 GHz,功耗为2.90p J/bit,面积约为65×1.7μm2,在1505nm至1600nm波长范围内,串扰小于-12.10d B。3.基于石墨烯-硅波导微环结构的光电探测器:器件采用全通型微环谐振腔结构,以增强石墨烯与光相互作用,提高光响应度。通过仿真优化、波导制备以及谱线测试获取微环谐振腔临界耦合状态。并以此为基础,利用石墨烯转移及图形化、金属电极制备等工艺步骤,实现基于石墨烯-硅波导微环结构的光电探测器。在不同功率被测光作用下,测试并分析所设计光电探测器的伏安特性曲线,获取最佳响应度R=12.5μA/W。