半个世纪以来,硅基半导体芯片凭借其低成本、小型化及良好的稳定性和扩展性等优势一直主导着整个电子信息产业,电子时代也逐渐向以微电子技术为基石的“信息时代”迈进,但随着信息需求的无限增加、芯片功能的不断扩展、电路设计的愈加复杂,传统电互连方式已经难以同时满足低功耗、低串扰和超高速信息处理的要求。而硅基光子器件具有高带宽、高速率、低成本、低功耗、微型化,且与传统微电子工艺兼容等优势,一方面很好地解决了电互连系统无法逾越的“电子瓶颈”,另一方面,将光子技术与电子技术完美结合,光与电相辅相成,对大力发展硅基集成光电子技术具有深远意义。本论文以硅基迈克尔逊(MI)电光调制器为主要研究对象,以实现高速率、低损耗、大消光比为设计指标,具体介绍了MI型调制器的工作原理以及其中各单元涉及到的理论知识和分析方法,用于指导后续MI型电光调制的光学和电学元件设计,包括多模干涉(MMI)耦合器、载流子耗尽型PN结、单驱动行波电极等,并给出了详细的仿真优化过程,适用于多数单驱动推挽式硅基电光调制器的设计。文章最后展示了基于单驱动推挽式硅基MI型电光调制器的实验测试结果,器件片上插损仅~3 dB,面积小于1 mm~2,静态消光比大于30 dB,在1V到8V反偏电压下,其调制效率为0.95-1.26 V·cm,证明了所研究的硅基调制器可以满足低损耗、大消光比以及高调制效率等设计指标;此外,系统传输测试表明,该调制器可实现20 Gb/s OOK、40 Gb/s PAM-4以及30 Gb/s BPSK调制,充分证明了其高速特性。