随着通信技术的迅速发展,人类社会已进入了崭新的信息时代。随之而来的5G通信系统也必将带动一次巨大的产业变革,它将在医疗、教育、智能家居、智慧城市等领域带来新一轮翻天覆地的变化。而通信技术的飞速发展也必然伴随着对光网络更高的需求。作为光网络中的重要元件,光开关器件性能提升也将成为光通讯领域重要的发展方向。为研制出低延时,低功耗,高度集成,高可靠性且工艺简单的集成光开关芯片,光开关及其集成技术的研究至关重要。本文以有机聚合物材料为基础,对基于聚合物材料的热光开关与电光开关器件进行了研究。结合了低损耗聚合物材料,非线性聚合物材料,以及无机材料的光学,热学特性,对几种光开关器件进行了结构和工艺的设计,并对器件进行了制备和测试。本论文的主要工作及创新性总结如下:1.首先,基于平面光波导理论对几种不同结构波导的有效折射率计算方法进行了简要介绍。并针对本文中贯穿始终的MZI(Mach-Zehnder Interferometer)型光开关器件,介绍了MZI型波导结构及基于这种结构的光开关的工作原理。最后对本文涉及到的两种开关的工作原理即介质材料的热光效应和电光效应进行了详细介绍。2.提出了一种基于有机/无机混合波导结构的热光开关器件及其集成化制备工艺。通过引入聚合物/Si O2混合波导结构和空气隔离槽结构来缩短器件的响应时间,并降低器件的功耗。文中根据所选择的介质材料的性质,计算了波导的单模传输条件,并根据介质的光学和热学特性分析了引入空气隔离槽结构对波导截面光场分布和热场分布产生的影响。基于模拟计算结果,完成了波导和电极结构的优化设计。针对引入空气隔离槽结构会带来的工艺成本增加的问题,本文采用了一种集成化工艺完成了器件的制备。对制备完成的器件进行了光学性能及动态响应的测试。测试得到器件的功耗约为5.2 m W,开关上升时间和下降时间分别为192.2和201.1μs。与已报道的基于多种不同材料体系的热光开关器件进行对比可知,该热光开关器件在响应时间和功耗方面的性能有所提升。而采用该器件结构和制备工艺,还可简化热光开关的制备工艺流程,降低器件生产成本。3.自主合成了一种非线性聚合物材料MS-TCF/P(MMA-GMA),并对材料的成膜性以及光学和热学特性进行了表征。同时,针对非线性聚合物材料光学吸收损耗大的问题,本文对传统的聚合物电光开关结构进行了调整。提出了一种基于非线性聚合物波导包层和低损耗聚合物波导芯层的新型电光开关器件。在单模传输条件下,通过对分布在波导包层中的光场能量进行计算进而确定了芯层波导尺寸。并根据所设计的尺寸参数,对波导截面光场分布情况,介质层内部的电场分布情况,以及器件内的光束传输情况分别进行了模拟。文中采用了全湿法刻蚀工艺完成了器件的制备。制备完成的电光开关器件插入损耗约为10.2 d B,开关的上升时间和下降时间分别为55.58和57.98 ns。与此前报道的相似结构进行了对比,通过调整波导结构可以在实现电光开关功能的基础上,有效减小聚合物电光器件的插入损耗,在含有电光调制单元器件的大规模集成光子芯片中具有重要的应用前景。4.传统的基于非线性聚合物芯层的电光器件由于芯层材料与其他光波导器件的芯层材料存在材料失配且存在一定的光吸收,因而不利于制备集成器件。针对这一情况,结合前期对热光开关与电光开关的研究工作,提出了一种基于非线性聚合物包层波导的三维集成光开关器件。该器件由一个垂直耦合器和一个非线性聚合物包层的MZI波导所组成。其中垂直耦合器可实现上下层波导间的光信号互连,并可通过热光效应对其进行控制。采用非线性聚合物作为上包层材料则可实现信号的高速开关或调制功能。文中根据所选择材料的光学特性,对器件的结构参数进行了优化设计。并采用了CMOS兼容工艺完成了器件的制备。制备的器件可实现光信号在上、下两层波导之间的任意切换以及响应时间约为10 ns高速开关/调制功能。该器件实现了可控的三维光互连与高速调制的功能集成,为聚合物电光器件在三维集成器件中的应用提出了一种可行的方案,有利于拓展电光器件在三维集成光子芯片中的应用。