随着信息技术和互联网经济的飞速发展,新的技术和应用不断出现,大数据、物联网、云计算等产业的壮大使得人们对数据传输技术的带宽、距离、功耗和器件尺寸等方面提出了更高要求。无论是在芯片内部、板卡之间,还是长距离,现有的以铜线为媒介的数据传输技术已经无法满足要求,成为制约半导体产业发展的瓶颈。以集成光路为传输媒介的光互连技术具有低功耗、大带宽、抗干扰等突出优点,具有广阔的应用前景。在芯片尺寸上,硅基集成光子学是实现光互连的关键技术,其制造流程与互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺相兼容,从而可以大规模、低成本地生产,并且与现有的集成电路实现集成。硅基光调制器是硅基集成光路中的重要组成器件。锗硅同为IV族材料,锗及锗硅合金材料可以用现有的CMOS工艺进行加工。锗在室温下的直接带隙对应的波长刚好对应光通信波段,并且与间接带隙相差极小。锗硅量子阱可以很好地将空穴和电子束缚在一起,增大直接带隙跃迁的几率,实现直接带隙跃迁吸收。锗硅量子阱的量子限制斯塔克效应（QCSE）可以用来实现100 f J/bit量级功耗、100 Gb/s量级速率的电吸收光调制器。在国家自然科学基金重点项目以及国家基础研究发展计划（973）的资助下,本论文针对应变调控Ge/SiGe多量子阱电吸收光调制器,设计了量子阱材料、波导、耦合结构和悬空微桥结构,并进行了实验研究。本文中的研究成果可以总结为以下几个方面:（1）分析了Ge/SiGe多量子阱中量子限制斯塔克效应的物理原理,通过8 band k﹒p理论构建了Ge/SiGe多量子阱的能带结构模型。分析了Ge/SiGe多量子阱中价带轻空穴和重空穴的相互作用,比较分析了导带不同能谷电子态的特性。在同时考虑直接带隙跃迁吸收和间接带隙吸收的情况下,研究了Ge/SiGe多量子阱的吸收系数。（2）提出一种工作波长为1550 nm的低偏置电压Ge/SiGe多量子阱电吸收光调制器。通过优化量子阱的结构参数,有效降低阱中的压应变,使得量子阱吸收边波长红移。采用了较大的阱宽,增大了吸收边在电场作用下的斯塔克平移量。更小的垒区宽度增大了量子阱中阱区所占的比例,提高了有效吸收系数。该器件通过锥形耦合器与无源波导进行耦合,具有结构紧凑集成度高的特点。整个调制器的长度只有104μm,在0.5 V的偏置电压和1 V电压摆动的条件下能够对TE偏振的1550 nm波长产生20.3 d B的消光比,总的插入损耗为-7.4 d B。（3）首次提出并实现一种单轴张应变的Ge/SiGe多量子阱波导集成电吸收光调制器。通过悬空微桥结构引入单轴张应变,可以改变Ge/SiGe多量子阱材料的带隙大小,从而调控器件的工作波长。仿真结果显示,当引入1.6%单轴张应变时,材料的吸收边移动到1550 nm波长处,器件在0 V/2 V电压条件下对1550 nm波长的入射光产生17.8 d B的调制消光比。实验中,通过测试对比无悬空微桥结构和有悬空微桥结构器件的光电流谱,我们测得的器件吸收边波长移动到1530 nm处,实现了应变对工作波长的调控。拉曼谱表征结果显示,通过悬空微桥结构引入了1.52%的单轴张应变。器件的总长度为300μm,使用光栅耦合,在1 V/2 V电压条件下对1558nm波长处的光产生的光电流对比度最大值为6.3 d B,对1550 nm波长的光电流对比度为4.8 d B。在0 V偏置电压的条件下,器件的3 d B响应带宽为11.3 GHz。（4）提出并实现一种基于双轴张应变原理的Ge/SiGe多量子阱波导集成低偏振相关性电吸收光调制器。通过特殊设计的悬空微桥,我们可以在Ge/SiGe多量子阱材料中引入双轴张应变。通过理论研究我们发现,双轴张应变可以用于调节Ge/SiGe多量子阱材料的偏振相关性。仿真中,当双轴张应变大小为0.78%时,器件在0 V/2 V电压条件下,对1485 nm波长产生7.6 d B的低偏振相关消光比。实验中,我们使用电子束曝光和紫外曝光两种工艺路线制作了不同的器件,使用端面水平耦合测试了器件的消光比、插入损耗、光电流响应和高频特性。测试结果显示,在0 V/4 V电压条件下,器件的峰值消光比为9.3 d B。在0 V/2 V电压条件下,在1479 nm波长处实现了4.6 d B的低偏振相关消光比和-37.5 d B的插入损耗。在2 V反向偏置电压下,器件的3 d B响应带宽为8.7 GHz。该器件的制作工艺具有良好的CMOS工艺兼容性,并可以通过紫外光刻的方式进行生产,适合于进行波导集成的低偏振相关的光强度调制。