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微波光子学是将光子技术与无线射频技术结合的一门学科,使用光子学技术解决超高频微波信号产生、处理等问题。其中调制器是是将微波信号转换为光信号的器件,是微波光子技术中的关键器件。微波光子学器件的功耗、尺寸、重量是重要的性能指标,因此集成微波光子学成为了重要的发展方向之一,而集成电光调制器也成了集成微波光子器件的重要组成部分。目前光子集成技术主要使用的材料存在调制效率不高,集成难度大,制作成本高等问题。石墨烯作为近几年被广泛研究的二维材料,具有载流子迁移率高、与光相互作用强烈、集成成本低等优点,是集成微波光子学的理想材料。硅基石墨烯电光调制器利用波导周边的倏逝波增强石墨烯与光的相互作用并增加作用距离,可以提高调制器效率,为微波光子调制器的集成提供了一种新的、更高效的解决方案。本文针对硅基石墨烯在集成微波光子学中电光调制器的应用,理论计算并仿真分析了石墨烯电光调制器的电光性能参数,设计并加工制作了相应的测试器件,最终对硅基石墨烯电光调制器进行了初步的试验研究。本论文围绕硅基石墨烯电光调制器在微波光子学领域的应用,综述分析了国内外的研究动态,在近五年已有多个国外课题组做出了硅基石墨烯电光调制器的试验器件。而国内研究相较于国外略有差距,有较多仿真结果,近一两年有少量实验研究的报道。首先,开展了石墨烯电光调制器原理的理论分析,针对硅材料本身的不足,提出了硅基石墨烯复合结构电光调制器,利用石墨烯的能带结构,分析了石墨烯的电学光学性质,建立了石墨烯电光调制特性模型,提出了石墨烯电光调制的原理性方案。针对硅波导的设计及优化,利用仿真软件对不同参数的波导性能进行了仿真,分析了不同结构的波导的传输及损耗特性,提出了硅波导的设计方案;针对硅基石墨烯电光调制器的设计与优化,采用多软件联合仿真,分析了不同结构及石墨烯参数对调制器性能的影响,结果表明200μm石墨烯用于调制器,最大调制深度为22dB,且调制深度与石墨烯长度有关,对于调制深度3dB,需要50μm;250μm马赫-增德尔型电光调制器调制深度可以达到35dB,150μm调制器理论上可以达到8.3dB;其次,针对硅基石墨烯电光调制器的加工,结合仿真结果与工业标准,设计了调制器的加工版图,通过不断改进工艺,解决了金属镀膜及石墨烯图形化问题,利用电子束曝光、磁控溅射、离子刻蚀等方法,完成了硅基石墨烯电光调制器的制作。最后,针对硅基石墨烯电光调制器的静态性能,搭建了测试平台,对制备出的直波导型调制器的静态及动态性能进行了实验研究,测试了纯波导传输效率、不同调制光波长的传输效率,调制光功率与透过率关系以及电信号动态响应,实验结果表明系统调制深度约为2dB。