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随着微电子技术和互联网技术的不断发展，传统的电互连技术越来越无法满足多核处理器(CPU)和数据中心对高速大量数据传输和交换的需求。光互连与基于金属线的电互连相比，具有带宽大、延迟小、损耗低、能耗低、抗电磁干扰等优点，正在从远距离通信向更短距离的数据中心互连以及多核CPU内部互连发展。硅基光电集成能够通过成熟的CMOS工艺实现光子器件和微电子器件的单片集成，使得硅基光互连在性能和成本上都具有极大的优势。硅基光互连网络主要由激光器、调制器、探测器、光开关阵列、耦合器、复用/解复用器、相关电路以及其他器件组成。 本论文主要围绕硅基电光开关及开关阵列展开系统的研究工作，内容涵盖:绝缘体上硅(Silicon-on-insulator，SOI)光波导器件的设计方法介绍，SOI光波导分束器的研究，2×2电光开关单元和4×4电光开关阵列的研究等。研究的手段主要包括:理论分析与模拟、实验室与CMOS工艺线制作以及测试与结果分析等。取得的主要成果如下。 SOI光波导分束器是构成马赫增德尔干涉(MZI)型硅基电光开关的核心部件，但传统的2×2多模干涉(MMI)3dB分束器存在附加损耗大(约0.7 dB至1dB)的缺点。为了降低分束器的损耗，本论文采用传播常数和耦合强度同时渐变的结构设计出了一种新型高性能2×2绝热3dB分束器。使用实验室的电子束曝光(EBL)和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀制备了该分束器。经过测试，该2×2绝热3dB分束器在1500 nm至1600 nm整个测试的波长范围内，分束均匀度在±0.2 dB以内，附加损耗约为0.3 dB（主要由波导传输损耗引起，理论上可以降至0.1 dB以内）;由一对该2×2绝热3dB分束器组成的非对称MZI结构，在1500 nm至1600 nm整个测试的波长范围内实现了超过35 dB的消光比。 采用正向PIN结电学结构和MZI光学结构，本论文研制了一种紧凑的硅基2×2电光开关单元，调制臂长度仅为150μm，使用中芯国际(SMIC)0.18μmCMOS工艺线制作。基于双臂调制的方式进行测试，在1460 nm至1560 nm波长范围内实现了低于-17 dB的串扰，片上插入损耗为3 dB左右，开关动态响应时间为4.4 ns。并且通过传输矩阵法分析，使用绝热3dB分束器可以将电光开关单元的插入损耗降低至1 dB以内。 本论文研制了一种紧凑的硅基4×4重排无阻塞电光开关阵列，采用斯番克-拜尼兹型拓扑结构，包含6个调制臂长度仅为150μm的2×2电光开关单元，不含交叉波导，使用中芯国际0.18μm CMOS工艺线制作。包含输入输出锥形波导以及电极在内，整个器件的尺寸仅为2.5 mm×0.75 mm。采用双臂调制方式进行测试，在中心波长附近，测得24种路由状态的功耗在4.46 mW至35.92 mW之间，串扰在-19 dB至-12 dB之间，片上插入损耗在9(±0.5) dB至11(±0.5) dB之间。