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在过去的几十年里,硅基光电子学得到了很大的发展。硅,因其成本低、工艺成熟、稳定性好等特性广泛应用于大规模集成化电光传输系统。之所以选择硅作为光电子器件的材料平台,是因为以硅为主导的微电子技术取得了举世瞩目的成就,大力推进了信息技术的发展。全世界数万亿美元的投入,几十年的积累,使得硅基工艺有强大的产业能力。在过去的十几年里,各种各样的硅基光电子器件层出不穷,包括:低损耗波导、泵浦激光器、光放大器、电光调制器、全光调制器、逻辑门、光探测器等,这些器件都可以通过工艺集成到一个芯片上。作为电信号光信号的转换器,硅基电光调制器已经成为电光传输系统的一个重要器件。目前,从结构角度看,常用的硅基电光调制器分为2种,一种是基于马赫曾德干涉仪(Mach-Zehnder interferometer,MZI)的电光调制器,另一种是基于微环谐振腔(Microring resonator,MRR)的电光调制器。其中,基于MZI型电光调制器工作带宽大且对温度不敏感、调制电压低且可以实现高速调制,但是其器件尺寸较大,一般在mm量级,不利于硅基光电子器件的集成化。基于MRR的电光调制器的尺寸可以做到um级别,功耗相对MZI型调制器较低,引起了很多科研工作人员的兴趣,但MRR型调制器光带宽较小,谐振波长对温度的变化比MZI型电光调制器敏感,不利于MRR型调制器大规模生产。随着网络信息量的爆炸式增长,需要更大规模的交换系统满足信息传递的需求。光互连是目前计算机芯片间高速信息传递的重要发展方向,开关是光交换系统的基本单元器件,为了满足光交换系统的发展需求,光开关需要尽量实现小尺寸、低功耗大带宽、高稳定型等。在此基础上,本文研究了基于硅基微环谐振腔的电光调制器和光开关,首先从理论角度阐述器件结构、器件原理以及器件优势,之后介绍芯片加工工艺以及芯片测试结果。本文的研究工作为:1)基于硅基微环谐振腔的电光调制器硅基电光调制器是硅基集成光传输系统的基本组件。MZI型调制器和MRR型调制器有很多研究成果已经发表在论文中。在这些已发表论文中,MRR型调制器因其结构紧凑、低功耗而备受关注。为了使传输系统实现高信噪比(Signal-to-noise,SNR),需要调制器有更低的插入损耗和更高的调制深度。为了降低MRR型调制器的插入损耗、增大MRR型调制器的调制深度,我们研究了基于硅基微环谐振腔的双环电光调制器。该结构由2个并列的微环谐振腔与2根平行的直波导组成,光从直波导输入端耦合到器件,当输入光只与其中一个微环谐振腔谐振时,器件的传输谱与单环谐振腔相同;当输入光与两个微环谐振腔都谐振时,两个微环谐振腔会形成一个类似法布里-珀罗(Fabry-perot,FP)的谐振腔,此时,光在两个微环谐振腔环之间的波导中传播。作为FP腔的特性,微环谐振腔的透射光谱在类似FP模式的共振波长处会出现一个峰值,选择类FP腔谐振峰作为双环调制器的工作波长,故可以实现低插损、高消光比。实验测得的基于硅基微环谐振腔的双环调制器的插损最小为1.1 d B,此时对应的消光比为7.6 d B。2)基于硅基微环谐振腔的光开关光开关是光网络传输系统的重要组成元件,为了满足信息传递的需求,光开关需要实现:低插损、低串扰、小尺寸、高工艺误差容忍度。MZI型光开关具有大带宽、温度不敏感的优势,但其尺寸较大;MRR型光开关结构紧凑、功耗低,但带宽较小。为了降低光网络传输系统的体积和功耗,我们研究了基于硅基微环谐振腔的4*4光开关和16*16光开关。在单元光开关结构上,选择MRR型光开关,这是因为:与MZI型光开关相比,MRR型开关尺寸小,可以降低光网络传输系统的体积和功耗。在光交换的拓扑结构上,选择Benes网络结构,这是因为与其他无阻塞拓扑结构相比,Benes网络结构需要的开关单元较少,可以进一步降低光网络传输系统的体积与功耗。同时,为了增大光开关的工作带宽,采用双环谐振腔。实验验证的4*4光开关与16*16光开关的尺寸分别为:3414μm*2617μm,11500μm*5280μm,双环谐振腔的热调效率为~0.057 nm/mW、电调效率为~0.034nm/mW。