随着21世纪信息通信科学的大发展，人类对于数据计算交换速度的要求越来越高，对于数据交换量、传输带宽的要求越来越大。光互连技术因其高传输速率、大传输带宽的优点被广泛应用于信息处理领域，用于替代传统的电互连技术。硅基集成光电芯片是将传统电学器件与新型光子器件混合集成在同一个芯片上，实现Tb/s量级传输速率、fJ/bit量级功耗的光互连技术。硅基光互连技术因其超高传输速率、低功耗、高集成度、成熟的硅基工艺等优势，成为最有前景的下一代光互连方案。硅基集成光子器件需要在微纳米尺度上有效的调控光子。光子晶体是由不同介电常数的电介质周期性排列而形成的，其光学能带结构特性使其能在微纳米尺度上有效调控光子。在完美光子晶体结构中引入点缺陷就构成了光子晶体微腔，光子晶体微腔对特定频率的光波有很强的光场限制能力，其具有品质因子高、有效模式体积小、尺寸小、易于集成等优点。光子晶体微腔已被广泛应用于超低阈值激光器、集成光源、复用解复用器、高灵敏度传感器、非线性光学、量子光学等领域中。　　本研究主要内容包括：⑴探索开发了微纳加工技术中关键的电子束曝光(EBL)工艺，在多种电子束胶、多种衬底上实现了高质量的电子束曝光结果，同时开发了部分感应耦合等离子(ICP)刻蚀工艺。为后续的光子晶体微腔器件的实验制备奠定了基础。⑵理论研究并制备了高品质因子硅基光子晶体微腔。制备的光子晶体L3腔的品质因子超过已报道的同类腔型的品质因子；提出了一种简单的新颖设计方案，通过减小环形腔拐角处的空气孔径，实现了品质因子为75200的光子晶体环形腔，比之前报道的结果提高了两个数量级，相关结果发表于OSA Optics Letters杂志。⑶研究了硅基光子晶体L3腔中光学非线性、光学双稳态现象。在光子晶体波导与高品质因子L3腔耦合系统中观察到超低阈值的光学非线性及双稳态现象。由于腔的高品质因子，腔中光学非线性得到极大增强，实验观察到的光学双稳态阈值功率为26.1?W，远小于已报道的同类型光子晶体微腔的阈值功率；通过改变光子晶体波导与L3腔的耦合间距，实验得到了临界耦合状态下的波导与L3腔耦合系统，观察到了低输入功率、大调制深度的光学双稳态现象。在开启光功率为-12.1dBm时，开关对比度为7.7dB，调制深度达到70％，开关对比度、调制深度明显大于弱耦合系统中的结果；建立了一套非线性耦合模理论模型，理论分析了光子晶体波导与L3腔耦合系统中各类光学效应。相关结果分别发表于 IEEE Photonics Journal与 Photonics Technology Letters杂志。⑷提出并实现了基于级联光子晶体L3腔的光二极管，利用腔中硅的非线性光吸收与热光效应，实现了光波传输的正向导通、反向截止。光非互易性传输系数达到30.8dB，插入损耗为8.3dB，17dB工作带宽为80pm。同时建立了一套非线性耦合模模型，能有效分析级联L3腔的光二极管的工作机理。该光二极管方案有非互易性传输系数大、尺寸小、易于集成等有优点，在片上全光信号处理中极具应用潜力。相关结果发表于OSA Optics Letters杂志。⑸提出并实现了一种在波导上引入周期性空气孔的新型跑道型微环结构，观察到非均一自由频谱宽度(FSR)的多谐振峰及强烈的慢光现象，在光子带隙的带边附近获得了37.6的群折射率。相关结果发表于IEEE Photonics Technology Letters杂志。⑹提出并实现了利用光子晶体环形腔增强锗自组装量子点发光，在1500-1600nm波长范围内观察到六个尖锐的发光峰，Purcell因子约为2.1，并由此估算单锗量子点的发光线宽小于25nm。利用模式体积更小的、优化垂直方向出射的 L3腔增强锗量子点发光，实验得到的Purcell因子为6.7。利用纳米梁腔增强锗量子点发光，实现了光通信波段内的单模发光，Purcell因子最高达到了18.0。基于微腔锗量子点硅基发光器件的是一种易于集成并与CMOS工艺兼容的硅基集成光源方案。相关结果分别发表于OSA Optics Express，IEEE Photonics Journal与Photonics Technology Letters杂志。