光频梳和光脉冲在光通信、信号处理等领域有着重要的应用。作为光源,光频梳和光脉冲的性能将会对整个系统的表现产生重要影响。光频梳和光脉冲是对同一个光信号分别从光谱和时域观察的结果,即某个光信号在光谱上表现为光频梳,而在时域上表现为周期性的光脉冲序列。许多应用对光频梳和光脉冲提出性能要求,包括高重复频率（GHz级别至几十GHz级别）、低脉冲占空比等。特别地,奈奎斯特脉冲由于符合奈奎斯特零码间串扰准则,被作为光源广泛的应用于高速光通信中。此外,由于具备高重复频率、低时间抖动的特性、高灵活性的特点,奈奎斯特脉冲还被应用于光模数转换系统等信号处理系统的光源。基于商用分立铌酸锂调制器的光频梳和窄脉冲（包括奈奎斯特脉冲）生成已经得到验证。而将光系统集成到单个硅光芯片上的方案拥有众多优势,例如体积小、量产后价格低、功耗低、可以实现光电一体化集成等。目前,应用于数据中心的400 G硅光集成收发模块已经量产并商用。其他应用（如光模数转换器）也在探索系统集成方案。一些论文已经报道了将除光源之外的系统集成到硅光芯片上的工作,但是对于集成光脉冲生成方案的研究还比较少。针对上述需求,本文主要研究基于集成硅基调制器生成高质量的光频梳和光脉冲。所验证的集成光频梳和光脉冲具有重复频率高、占空比低、时间抖动低、中心波长可调、重复频率可调等优势,所使用的器件满足CMOS兼容、体积小、量产后价格低、可与其他器件共同集成、易于进行光封装和高速电封装、实验结构灵活简单等优势。本研究为光通信、信号处理等应用的集成方案提供高质量片上光频梳源和光脉冲源。此外,本文对基于硅基调制器生成光频梳和光脉冲的过程进行了精准建模,有利于分析误差来源并优化方案。本文首先介绍了基于调制器的光频梳和光脉冲研究生成所需要的背景知识,包括硅基调制器的结构、性能指标和类型,光频梳和光脉冲的产生原理及类型,以及所使用的硅基调制器的性能。后续三章围绕生成变换极限脉冲的三种方案展开。第一种方案是基于串联硅基调制器的矩形光频梳和奈奎斯特脉冲生成。基于此器件可以使用2个串联调制器生成9根平坦光频梳,同时在时域中生成sinc型奈奎斯特脉冲。结合理论推导与仿真,实验生成了频率间隔为5 GHz、平坦度为1.83 dB、高阶边带抑制比为13 dB的矩形光频梳,以及重复频率为5 GHz、占空比为11.0%、与理想脉冲之间的均方根误差为3.9%的奈奎斯特脉冲。进一步验证了该方案的中心波长和重复频率的可调性,以及时间抖动的来源。此外,本文分析了实验结果与理想脉冲之间的误差来源,主要包括硅基调制器的非线性、探测系统非理想响应等因素。第二种方案是基于硅基双平行调制器的多种脉冲（sinc型奈奎斯特脉冲、三角脉冲、高速脉冲）生成。本文结合理论推导与仿真,实验生成了频率间隔为10 GHz、平坦度为1.2 dB、高阶边带抑制比为23.6dB的矩形光频梳,重复频率为10 GHz、占空比为19.3%、与理想脉冲之间均方根误差为3.8%的奈奎斯特脉冲。本文还验证了该方案的波长和重复频率可调性。同时实验生成了高质量的三角脉冲和高斯脉冲。为了探究硅基调制器生成光脉冲的最佳性能,本文对一个双平行硅基调制器进行理论建模,在此模型上仿真与实验得到的最佳结果之间的均方根误差为1.2%。证明该模型能很好地描述调制器的关键参数,可用于预测基于硅基调制生成光频梳和光脉冲的性能。第三种方案是基于串联硅基调制器的倍频变换极限脉冲生成。通过利用光频梳中的高阶边带,结合准确的建模仿真,实验上获得了重复频率为6.6 GHz、占空比为12.1%的变换极限倍频脉冲生成。本方案不但重复频率可调,而且占空比可调。本工作的理论模型不但包括分光比差异,还额外考虑移相器差异、射频相位延迟等因素,可以在仿真中十分准确地复现出实验中的非对称边带、时域脉冲起伏等特征,对实验参数优化提供了理论指导。本文最后对全文工作进行了总结和展望。