为保证摩尔定律的成立，未来的互联和通信技术必然要求更大的调制带宽和更低的功率消耗，硅基光子学在这些方面为我们提供了一种可行的解决方案。在过去的几年间，硅基光子学取得了丰硕的成果，创新性的研究进展不断涌现。伴随着这些研究进展，器件对光相位、偏振、强度等性质的调控能力得到了增强。同时，硅基微纳加工技术也不断取得进步，它使得高集成密度的光子芯片可以与成熟的微电子芯片加工工艺很好地兼容。近年来，学术界报道了大量基于硅基光子学的分立器件，比如硅基混合集成光源、硅基光开关、硅基电光调制器和硅基光电检测器。然而，这些硅基器件虽然在一定程度上促进了硅基光子学的进步，但是它们仍存在一些共性的问题，比如由于硅本身的非线性效应不够强以及硅波导场强束缚能力有限，使得器件需要毫米级别的尺寸来实现特定的功能，现有硅基器件相对于成熟的大规模微电子芯片，集成度仍然不够。通过采用高品质因素的谐振结构，可以增强器件对光场的束缚能力，但是这样却会牺牲器件的响应带宽。而且，复杂的电极结构和硅基热效应等因素也限制了硅基光子器件的发展。这些限制可以通过两个方面的改进加以克服：第一，增加分布在有效工作区域中的光场比例，例如增加在调制器折射率改变部分的光的比例；第二，采用新的材料和新的结构增强局部电磁场场强或增加光与物质相互作用的强度。为了在这两个方面实现可能的突破，一些研究人员提出了一种硅基与表面等离子体的混合结构。该结构在一定程度上融合了表面等离子体效应的强模场束缚特性和传统硅基器件低损耗、高耦合效率和便于集成的特点，为今后硅基器件的发展提供了一个可行的方向。概括全文的研究成果与贡献，可以总结为以下几个方面：1）提出了一种采用跑道型微环的硅基表面等离子体电光调制器的方案。在该方案中我们引入了一种覆盖电光聚合物的硅基表面等离子体混合移相器用来实现高的调制速率和较低的传输功耗。通过利用三维有限时域差分和光传输矩阵法进行的仿真研究，该调制器方案可以在光通信波长上实现较高的调制速率和较大的调制消光比。在论文中，我们着重研究了该调制器的工作原理、波导尺寸选择中的相位匹配条件和该调制器的性能参数。同时对该调制器的相关加工工艺以及对于加工工艺误差的容忍度也进行了讨论。这种将硅基与表面等离子体相互融合的结构，为未来硅基器件从微米尺度向亚微米尺度的发展提供了一种可行的方案。2）提出了一种金属-狭缝-电介质波导结构的硅基移相器。该波导利用光与金属表面的电子发生等离子体共振作用，而将光束缚在狭缝层的一个很小的区域内。与传统的硅基波导移相器相比，它主要具有两方面优势：第一、采用表面等离子体波导结构替代原有硅基波导与电极相互分离的结构，提高了移相效率和器件集成度。第二、采用电光材料替代原有材料硅，减小载流子效应带来的不利影响，提高了移相调制速率。以该移相器结构为基础，我们总结并讨论了多种硅基和表面等离子体器件的微纳加工工艺。3）实验演示了一种推挽式光非互易性传输机制。当双环的谐振峰相互错开时，对器件中通入不同方向的连续输出光，器件的传输谱会发生非互易性的变化，即正向传播的透射系数与反相传播的透射系数不同。这种机制是由级联硅基微环中的热光效应导致的。我们通过对微环谐振腔内的热光效应进行理论分析，定性解释了该机制的原理。在实验中，我们测得的结果与理论预测基本符合。该器件与已有成果相比，具有更大的调制带宽和更强的工艺容错能力，在级联微环的谐振峰之间具有0.14纳米到0.55纳米的失配的条件下可以正常工作。该光非互易性传输器件可以在光二极管，双向全光控制，片上全光信号处理等方面产生重要的应用。