随着网络流量持续增加,目前的网络技术随着流量的增长,网络设备的能耗也居高不下,未来网络技术要持续发展必须要突破能量瓶颈。换句话说,未来的网络技术不须能处理比现在大几倍的网络流量同时消耗更少的能量。解决这个问题的其中一个有效方案就是动态光交换网络,其核心就是大端口数、低成本、无阻塞的N×N光开关。多模干涉器(MMI)的应用广泛,已经成为集成光子的核心器件,它的功能主要是作为高效的分路器和合路器。同时还有很多优点,如低损耗、低串扰、精确的分光比、尺寸小、良好的加工容差,在大范围的工作波长上还能保持偏振无关。正是由于这些优秀的特性,MMI也被广泛用于构建一些更复杂的器件,如广义马赫曾德尔干涉器(GMZI),并在此基础上构建N×N光开关。一个N×N型GMZI的传输状态只有N种,无法满足无阻塞的开关要求,因此需要更多的GMZI级联来实现无阻塞的功能。本文对基于级联GMZI结构的4×4非阻塞光开关进行了深入的研究,本开关的具体结构是在4×4 GMZI的后面顺序地级联一个3×3GMZI和一个2×2 GMZI,基于此拓扑结构的光开关的开关状态数是4×3×2=24种,能实现无阻塞交换。这个结构的光开关所有状态下的传输路径不一致,因此芯片的传输损耗和路径相关;但这种设计只需要3个GMZI开关单元,结构更加紧凑,所需的相位调节器少。实验测试表明,此光开关的片上损耗为3.7dB~13.1dB,与理论一致,所有开关状态的最差串扰值为-7.2dB,平均的热光调节功率为104.8mW。同时采用了25Gbps的OOK信号对芯片的传输性能进行验证,通过对各项技术指标的测试,证实所设计的4×4无阻塞光开关能有效实现光交换功能。本文也对硅基光子器件的耦合封装进行了初步探索,在多次实验摸索后,总结出了芯片耦合的操作步骤;通过改进实验装置和优化实验操作步骤,获得了超低附加损耗的硅基光子器件耦合封装技术。