高性能的电光调制器作为光电集成系统中的核心器件,起着将电信号转化为光信号的作用,其调制性能很大程度上决定了光电混合集成系统的性能。目前,基于铌酸锂等材料的电光调制器已经达到了不错的性能,但是,其尺寸往往会达到厘米量级,且这些器件多为分立器件,与传统集成电路加工工艺并不相兼容,针对光电混合集成对高速硅基电光调制器的需求以及2微米波段被认为是光通信中新的窗口的背景下,本文针对2微米波段高速硅基调制器做了详细的器件设计及结果分析。论文分析了硅波导对光信号的调制机理,硅材料的电光效应很弱,热光效应又是一种慢速效应,无法满足高速调制器的需要,载流子色散效应则十分适合硅基电光调制器。此外,讨论了马赫增德尔调制器结构,集总型电极和行波电极等效电路。论文设计了基于载流子注入的硅基马赫增德尔集总型调制器,优化了调制器的波导长度,增大了调制效率等,并对此调制器调制带宽进行了响应带宽仿真,结果显示,3 d B带宽为12 GHz,插入损耗为2.77 d B。论文又对载流子注入型调制器和载流子耗尽型调制器进行了几方面的对比分析,包括调制效率、器件尺寸、插入损耗、响应带宽等,在基于载流子注入型调制器的基础上,改进了掺杂区域,设计了一款基于载流子耗尽的硅基马赫增德尔集总型调制器,波导长5 mm,响应带宽达到了22 GHz,插入损耗为6.74 d B。论文详细对比分析了集总型电极和行波电极,详细阐述了几个因素:如RC时间常数、速度匹配、阻抗匹配、微波损耗等对调制器带宽的影响。在之前基于载流子耗尽的马赫增德尔集总型硅基调制器的基础上,将集总电极改进为行波电极。提出了行波电极等效电路模型,分析了行波电极传输常数、特性阻抗、S参量等参数,并对不同尺寸参数下的行波电极的为微波损耗、特征阻抗、有效折射率进行了仿真分析,并据此进行了行波电极的尺寸参数优化,最终对调制器EE,EO带宽进行了仿真,EE带宽和EO带宽十分接近,在50 GHz左右。