随着微纳光子集成工艺的发展,硅基微环芯片功能器件成为研究热点。本文研究与硅基微环有关的几个问题,包括硅基微环光开关的设计与仿真验证、偏振无关微环光开关的设计以及基于硅基微环非线性传输特性等。主要工作内容和创新如下:1.总结了硅基微环芯片的设计方法,主要包含以下步骤:(1)确定硅基微环芯片的功能原理与总体方案;(2)波导横截面尺寸设计;(3)微环结构参数的确定;(4)耦合间距的确定;(5)控制电极的设计;(6)根据设计参数建立仿真模型;(7)重新调整设计参数,进行版图设计。论文对每个环节都进行了考虑。2.为了提升微环交换芯片的传输光谱质量、改善通带平坦度、优化陡降性能等指标,采用微环级联的方式对光开关单元进行了优化设计,串联结构可以有效抑制串扰,并联结构可以实现箱型输出光谱。具体设计了3×2结构的微环级联光开关单元,仿真结果表明,3dB带宽为0.6nm,光开关消光比大于20dB,谐振峰内不平坦度为0.012dB,形状因子为0.9356,陡降性明显优于单个微环的结构。3.通过分析硅基微环谐振器的传输特性,适当设计微环半径等参数可使TE/TM两种模式的光波在某特定波长处谐振,从而设计出偏振无关的硅基微环谐振器芯片,并实现两种模式的同时开关功能。仿真结果表明,微环光开关的偏振相关损耗可低至0.13dB;当微环长度偏离优化值约5nm时,偏振相关损耗会增加到1dB。4.设计出一种基于微环四波混频效应的全光再生芯片,其中四波混频发生在全通微环中,所产生的闲频光由后续的线性微环滤出。通过仿真芯片的功率转移函数,表明该芯片可以用来抑制传号抖动,从而改善信号质量。在此基础上,通过仿真表明了具有解复用功能的多波长再生方案的可行性,完成了芯片的版图设计和代加工过程。