根据思科的预测,全球的网络流量在2014年到2019年间将会以每年23%的速度增长,在2019年将会达到2 ZB。更高的数据传输带宽的不断需求要求更加节能的开关来支持不断增长的智能化、可编程化的光网络。而且,为了增加数据交换的速度和降低功耗,光开关是数据中心和高性能计算机的光互联网络建设的迫切需要。硅基集成的光开关,连同其他的硅基光子器件,它们结构紧凑,功耗低,成本低,又有和CMOS工艺兼容的优势,适合大规模的单片集成,被广泛认为是在数据通信和电信应用中最有前途的设备。所以,基于硅基光子学的高速大容量光交换集成芯片,具有重要的学术研究价值和在光电子领域的应用价值,成为近年来的研究热点本论文对多端口的光开关实现做了深入研究,讨论了硅基光开关的工作原理,介绍了光开关矩阵芯片的基本概念。我们设计并实验证明了一个结构紧凑、低损耗和低串扰的16×16可重构无阻塞光开关。器件使用Benes拓扑结构,共有56个MZI开关单元,每个MZI开关单元都集成了一对波导型热电阻。光开关芯片的制作基于SOI平台,使用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,芯片尺寸为7 mm×3.6 mm。经试验测试,光开关芯片在1560 nm波长处的片上损耗为5.2 dB,在10 nm带宽范围内的最差串扰为-30 dB。开关单元的状态切换功率为22 mW,16×16光开关在all-cross和allbar两种状态下的功耗分别为515 mW和1428 mW。而且当把每个开关单元两个状态的电压分别加在两个臂上时,光开关的平均功耗会大大降低。光开关的开关时间为22μs,最后我们通过高速40Gb/s的QPSK光信号传输实验来验证16×16光开关芯片的交换功能。最后,对论文的研究内容做了总结,并针对大规模光开关未来的研究工作提出自己的展望。