随着光信息处理和片上光互连需求的不断增加，以及硅基光子器件与CMOS工艺兼容的特点，硅基光子学结合硅材料与光子学在国内外不断取得引人注目的重要突破，成为当前集成光学的研究热点领域之一。其研究内容主要包括设计各种结构和功能的光子器件，并在硅基材料上加以制作，同时开展混合集成以及光电集成方向的研究与实现。硅材料由于其结构的中心对称性，不存在一阶电光效应(Pockels)，但是通过载流子动力学原理可以对硅基器件进行调制，从而增强了器件的性能，扩大了应用的范围。硅基光子器件的基础器件包括滤波器、缓存器、调制器、开关、激光器和探测器等。现今，提高器件性能以及减小光子器件的尺寸用以提高芯片集成密度是必然趋势，因此巧妙的设计硅基波导光学结构及电学结构得以实现高性能以及微型化光子器件具有重要意义。　　本文首先对集成电路制造工艺制作硅基光子器件方面进行了探索，然后重点进行了硅基表面等离子体相位/强度调制器和可调光滤波器的研究。其主要内容为：　　(1)利用中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的开放平台，探索了两种制作无源硅基光子器件的工艺流程：基于感应耦合等离子体(ICP)刻蚀的工艺流程和基于干氧氧化的工艺流程。研究了相关的工艺包括光刻、刻蚀、淀积和氧化等。扫描电子显微镜(SEM)图片及测试结果表明波导具有良好的形貌、光滑的侧壁以及较小的损耗。此外还给出可调硅基光子器件制作的工艺流程。　　(2)设计并分析了新型的基于硅材料载流子色散效应和聚合物电光效应的表面等离子体相位和强度调制器。该调制器为金属-介质-硅(MOS)三层堆栈结构，光能量被紧密束缚在两侧纳米尺寸的低折射率介质层内。对于相位调制器，通过对等离子体波导施加外部电压，利用硅材料载流子色散效应和聚合物的直接电光效应改变等离子体波导的有效折射率，从而实现相位调制功能。仿真分析表明由于极化聚合物具有很高的电光效应，以及光能量与聚合物有较大的交叠，RC延时<3.77ps，对应调制带宽>100GHz，同时功耗～0.9mW。对于强度调制器，通过表面等离子体偶/奇两个模式相互拍频形成能量的转移。在对等离子体波导施加外部电压后，利用聚合物的直接电光效应改变等离子体波导偶/奇模的有效折射率。由于偶/奇模经历不同的相位延时，拍频周期发生改变，从而影响波导输出端能量的分布。仿真分析表明调制深度～12dB，RC延时<6ps，对应调制带宽>40GHz，同时功耗～1mW。　　(3)设计并制作了一种新型的自耦合(SCOW)谐振腔。利用光波在谐振腔波导内双向(正向和逆向)传播的特性，克服传统级联微环频率需严格对准的不足。实验结果显示自耦合谐振腔的透射谱可呈现谐振为单通道和双通道两种形式,分裂特性与两个耦合系数有关。此外还设计并制作了一个基于2×2马赫曾德干涉仪(MZI)的可调自耦合谐振腔。通过在MZI的一个臂上注入载流子来改变两臂之间的相位差使得耦合系数随之改变，从而调节频谱的特性。该结构可作为高阶滤波器应用于大规模集成(VLSI)光信号处理中。　　(4)设计并制作了一个可调FP腔梳状滤波器，该滤波器包含一对Sagnac环形反射镜。利用FP腔的驻波特性减小腔长从而增加集成密度。通过引入交趾PN型电学结构，利用自由载流子等离子色散效应实现腔内波导折射率的可调。实验结果表明所提出的梳状滤波器有着较窄的带宽～3.4GHz，较大的消光比～26.3dB，同时可实现较大的频谱调节范围~0.92nm。该滤波器可以应用在密集波分复用(DWDM)光信号滤波以及多通道的开关/路由上。