硅基光子学是集成光学的重点研究方向,特别是在通信领域,它为片上光互连和信号处理提供了有效的解决方案。借助于硅材料本身的特性,硅基光子器件具有低成本、高集成度等诸多优势。硅基移相器就是其中的一种重要元件,它实现了对光波相位的调控,可应用在高阶调制器、延迟线、可调光衰减器等器件中。目前,硅基移相器大多通过改变波导折射率来实现,与调制原理相似,可以分为:基于载流子色散效应的移相器和基于热光效应的移相器。论文分别对这两种硅基移相器的工作原理进行介绍,对比了这两类移相器的优缺点。接着,分别针对不同的结构,仿真设计并在实验上实现了高效率、低损耗的硅基光学移相器。同时,在实验中探索了不同设计参数对于硅基移相器性能的影响,为今后进一步优化硅基光学移相器提供参考。最后,论文介绍了以可调光衰减器为代表的硅基移相器的应用。主要内容包括:1.基于载流子色散效应的硅基移相器首先介绍了载流子色散型移相器的工作原理以及典型结构。目前,基于载流子色散的硅基移相器主要采用p-n或者p-i-n结型波导结构。论文分别对两种结构进行设计、分析,详细研究了几种设计参数对移相器性能的影响,通过优化移相器的设计参数,最终在实验上实现了高性能的移相器。对其中掺杂浓度、掺杂区尺寸、掺杂区位置等重要的设计参数,详细研究了它们对移相器性能的影响。2.基于热光效应的硅基移相器由于硅材料具有较高的热光系数,热光调节一直在硅基光子器件中发挥着重要的作用。热光移相器也是主流的硅基移相器之一。论文对其原理和研究现状做了介绍,对传统金属电极型热光移相器、p-i-p型热光移相器以及波导单边掺杂型热光移相器进行了对比。最后,着重对于目前比较热门且实用性较高的波导单边掺杂型移相器和p-i-p型移相器进行了仿真与设计,最后,在实验上验证了设计的移相器具有低功耗、高集成度等优点。同时,探索了波导长度、波导宽度、掺杂浓度、掺杂区到波导侧壁距离等参数对于移相器性能的影响。3.移相器的应用移相器作为硅基光子器件中重要的基本器件,有着广泛的应用。论文着重对于基于等臂马赫-增德尔干涉仪(mach-zehnderinterferometer,mzi)结构的可调光衰减器进行了介绍。设计、提出了基于热光移相器的低功耗、大衰减范围的可调光衰减器,并在实验上予以验证。最后,通过对比实验结果简要分析了移相器长度等参数对于可调光衰减器性能的影响。