SOI光波导器件是硅基光通讯领域的核心部件，其高性能以及大规模集成一直以来都是国际同行追逐的研究热点。特别是20世纪末，随着微纳加工技术领域的不断革新，微小尺寸光波导器件的制作工艺日趋成熟。在此基础上，亚微米尺寸的光波导调制器得以实现并展现出以往器件无可比拟的开关性能。本论文利用现代微纳加工技术为手段，首先对一系列亚微米尺寸无源光波导器件进行了研究，并在此基础上，基于SOI光波导材料的电光效应，设计和研制了两种不同类型的波导电光调制器，经过测试器件性能均达到了预期水平。在器件的加工过程当中，我们发现了一种复合型狭缝Slot的光波导结构，这种结构可以将光场集中于纳米尺度的空气隙当中。与传统的狭缝波导结构相比，这种波导结构可以将集中在低折射率介质当中的光强提高30％。本论文的主要成果包括：　　 1.首次提出了基于等离子体色散效应和双栅MOS电容结构的SOI光波导电光调制器并对器件的性能参数进行了数值模拟。模拟结果表明与传统MOS电光调制器相比，我们设计的器件具有更大的相移效率，这将大大缩短器件的尺寸，有利于未来的硅基光电子器件集成。　　 2.结合自身的制作工艺条件对提出的双栅MOS电容结构的设计进行了改进。理论模拟计算表明改进型的器件良好的继承了双栅MOS电光调制器的优点，而且随着波导宽度的不断减小，器件各方面的性能都将有显著提升。首次提出利用氧化硅填充法制作纵向双栅MOS电光调制器的工艺方法，并在SOI衬底上首次实现了纵向双栅MOS电光调制器件。测试表明器件具有理想的光学和电学特性。电学测试结果表明用氧化硅填充方法制作的栅极，正向耐压可达16V，此时源漏极电流仅为0.1mA。对器件输出特性和转移特性的测试表明栅极电压Vgs对源漏沟道电流Ids有良好的控制能力。测试结果完全符合P沟道积累型MOSFET的工作特性。光学测试结果表明器件插入损耗：～38dB，谐振腔峰谷比：～8dB，自由谱宽0.4nm,对应腔长与样品光学长度吻合。静态测试表明器件具有良好的电光调制功能。　　 3.在SOI衬底上利用电子束曝光技术(EBL)和Si-ICP刻蚀技术实现了核心尺寸为450nm*250nm的亚微米尺寸光波导，以及以此为基础的波导侧壁光栅反射器及FP共振腔，测量得到光波导传输损耗为21.38dB/mm。对波导侧壁Bragg光栅形成的FP谐振腔的测量得到了理想的谐振峰，谐振腔平均自由谱宽4.8nm,振幅达到12dB,对应中心波长为1549nm处的谐振腔Q值达到380。　　 4.探索了200nm宽，1∶1深宽比空气槽内的氧化硅填充工艺。在国际上首次提出复合型Slot光波导的结构，并基于EB+ICP+LPCVD(TEOS)工艺实现了该结构，分别得到了具有三角形和矩形截面的复合型Slot波导结构。经过理论模拟发现复合型Slot波导较传统的单Slot波导结构能够将集中在低折射率介质中的光强提高近30％。对拓宽器件设计思路，提高器件性能起到一定的推动作用。　　 5.利用Si0.75Ge0.25/Si/Si0.5Ge0.5不对称超晶格材料，自行设计并制作了p-i-n结构的直接电光效应调制器，测试结果表明器件具有理想的电光调制功能，器件长度920μm，插入损耗为-40dB，端面反射镜构成FP腔的输出消光比为2.5dB。测量得到材料的电光效应为0.158pm/V。实验结果与保偏光纤干涉系统测量得到的结果(γ13=0.24pm/v,γ63=0.13pm/v)吻合。