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集成电路芯片内传统的基于金属的电互连技术遭遇了速率和功耗两大技术瓶颈，而基于硅光子学的光互连是理想的解决方案，是下一代高速通信和高性能计算系统发展的关键技术。 本文开拓性地研究了基于硅纳米柱子、基于拓扑性的微环等创新的硅基微纳结构在微纳尺度下对纳米光场的控制，为未来高密度的硅基光互连及光电集成提供了全新的方案。本文运用纳米光子学理论和全矢量电磁场三维计算，对基于硅纳米柱子的微纳光场在二维平面内传输、三维空间中的垂直发射以及基于微环的光学拓扑传输等光场操控模式进行了深入的理论研究，利用标准CMOS微纳加工工艺研制出样品并进行光学测试，验证了理论研究的正确性，展示了新型硅基微纳结构控制纳米光场的可行性。具体研究工作包括: 1.提出并研制了一种大角度自准直的亚波长硅纳米柱子链，实现了亚波长尺度上对光场的操控。研究表明，纳米硅柱子链具有小尺寸、大宽带、抗缺陷等优点，而且还可以将其进行拓展设计以实现更多功能，如衍射极限以下的光束急剧转弯和分束等。 2.提出了一种高度集成的硅柱子纳米天线阵列，研制并测试了硅柱子纳米天线阵列样品，实现了纳米尺度上光束的垂直发射以及纳米光场的三维互连，并对硅柱子垂直发射机理进行了探讨。 3.对基于SOI片硅纳米柱子的加工工艺进行了研究，采用改进的深硅刻蚀工艺解决了深宽比较大的硅纳米柱子加工难题;设计并搭建了基于扫描近场显微镜的天线发射远场的测试方案。 4.研究了光学拓扑绝缘体的理论，并据此设计了基于微环结构的两种不同晶格结构的光学拓扑绝缘体，并对其传输特性进行了研究。