近年来,光通信系统快速增长的传输容量使得电光调制器必须拥有更大的调制带宽和更高的调制效率,以实现高速率光信号传输与处理。电光调制器作为光通信系统的核心器件,负责将电信号调制到光波上,从而在光域进行传输和处理。基于硅移相器的载流子耗尽型马赫-曾德尔电光调制器性能优势明显,已成为产学界的研究热点。但是受到硅材料等离子色散效应较弱的固有限制,该调制器调制效率、调制带宽和插入损耗很难同时改善。因此,硅基电光调制器的设计与研究具有重要意义。在此背景下,本文提出了两种新型硅基电光调制器,研究了移相器调制效率和插入损耗,计算了行波电极带宽。具体研究内容和研究成果归纳如下:1.本文研究了高效率硅移相器。首先,建立了硅移相器模型,模拟了波导中载流子分布和光模场分布。在此基础上,分析了掺杂浓度和脊型波导中PN结位置对硅移相器相移效率和插入损耗的影响。最后,优化了掺杂区关键的结构参数。结果表明:掺杂浓度范围为3× 1017cm-3至5× 1017cm-3且PN结在脊型波导中朝着N型掺杂区域偏移时,硅移相器相移效率和插入损耗明显改善。2.本文提出了宽带宽的基于硅移相器的电光调制器。首先,研究了硅衬底材料和结构对微波信号传输的影响,建立了该调制器的行波电极等效电路模型。在此基础上,给出了关键电路元件计算公式并推导了行波电极特性阻抗、微波传输损耗和微波有效折射率表达式,优化了传输线尺寸。最后,建立了相应的行波电极模型并仿真模拟,分析了在不同掺杂浓度、PN结位置和硅衬底下的行波电极传输系数,并计算了其带宽。计算结果表明:硅衬底材料引入部分空气作为绝缘层对降低微波传输损耗,提高行波电极带宽有明显作用。重构了衬底材料的行波电极带宽最大可提高7.8 GHz。3.本文提出了高效率、宽带宽且低插入损耗的基于InP/Si移相器的电光调制器。首先,对比研究了 Si移相器和InP移相器调制性能,并结合Si移相器插入损耗小和InP移相器有效折射率变化大的优势,提出了一种新型InP/Si移相器。在此基础上,分析了N-InP层厚度和N-InP与N-Si之间重叠宽度对InP/Si移相器调制效率和插入损耗的影响。接下来,首次研究了 InP/Si移相器等效电路模型,并推导出其串联电容、电阻计算公式。最后,建立了具有InP/Si移相器的行波电极模型并仿真模拟,分析了在不同N-InP厚度和硅衬底下的行波电极传输系数,并计算了其带宽。计算结果表明:基于InP/Si移相器的电光调制器同时提高了调制效率和调制带宽,降低了插入损耗。以上研究工作为设计高效率、宽带宽和低插入损耗的硅基电光调制器提供了新思路。