光调制器是光通信、光开关、光集成回路等系统中实现光信号调控的核心器件,其作用在于实现光信号可以应需求而修改。随着光电产业的迅猛发展,更高调制速率、更低能耗,小型化且可集成的高性能光调制器引起了人们的广泛关注。包括二维材料在内的低维半导体材料因优异的物理特性和某些维度上极小的尺寸为实现高性能、小型化的微纳光调制器提供了新平台。因此,大量微纳结构光调制器件被提出,如二维材料电光调制器和零维结构可调光发射器等。本文对基于低维半导体材料和光学微纳结构的光调制从光吸收和光发射两个方面进行了研究。首先研究了基于二维材料-石墨烯超润滑特性纳机电系统的宽频带、高灵敏的电光调制器。主要研究了该吸收型石墨烯电光调制器在调制不同电压、石墨烯层数、结合能系数与摩擦系数以及入射光偏振影响下的调制特性。计算结果表明该调制器可实现0.37-1.87μm的调制带宽,快至1 ns的调制响应,且仅施加200 m V的调制电压。相比于传统电光调制器,该调制器在调制带宽上提升了2-3个数量级,能耗方面则低出近3个量级,而响应速度比普通机械调制快出近4个量级。此外,该调制器对入射光偏振角度的不敏感性,当入射光的角度小于30°时,可以实现光的全偏振调制。该石墨烯超润滑纳机电系统光学器件的功耗有望克服传统光电器件的热力学极限。该调制器在未来的光电子器件和光通信领域具有重要的应用前景。此外,基于偶极子的自发辐射增强原理与不同结晶度相变材料光学调制原理,利用有限时域差分方法理论研究可以实现量子光源光辐射主动可调的微纳结构。研究发现该纳米盘在近红外波段实现磁偶极子光源282倍的辐射增强,量子效率在较宽范围保持＞80%的量子效率。再通过设计和改变Ge2Sb2Te5（GST）材料器件的形状、尺寸实现并优化GST器件的自发辐射增强的被动调控。利用GST材料特殊的光学特性,实现不同结晶度（折射率）下的器件发光调控,理论上实现60-280倍辐射增强与调制深度达95%的量子效率的主动调制。这对光学纳米器件中相变材料在量子光源自发辐射中应用的主动调谐具有重要的指导意义。在5G通信、超级计算机、量子通信以及大数据等产业不断崛起的背景下,我们所研究的吸收型电光调制器件和主动可调的光发射器件对未来各光电产业发展有重要意义。