随着光通信与光互联技术的发展,由于硅材料有低成本和与现有的加工平台兼容等诸多优异性质,硅基光子学得到了越来越多的关注。高速率、高集成密度、低功耗、低损耗的光电器件是硅基光子学的研究重点。光开关在光通信、光互联及可重构量光电路中扮演着重要的角色,其性能的优劣密切影响着整个光路的工作状况。在芯片制造过程中,工艺误差是不可避免的。对硅基无源和有源器件的制造工艺流程进行详细说明,并指出制造过程中可能出现的工艺误差及其对无源器件性能的影响。比如对于定向耦合器(DC)的两根平行波导,分析其可能出现的三种变化方式,即宽度或高度同步变化(synchronous variation)、高度不变而宽度出现差分变化(differential variation)、高度和宽度都出现差分变化。结果表明,即使是小的差分变化也比大的同步变化对分光波长的影响大很多。设计基于SOI晶片的1×2和2×2型马赫增德尔型热光开关并交由CMOS代工厂加工。经过测试,1×2型插损在1.5dB以下,消光比最大能达到20dB,π相移加热功率为16.5mW,上升时间(10%～90%)和下降时间分别为3.6us和19us;2×2型插损在1dB以下,四路径的消光比最大都可以达到30dB以上(光波长1628nm),π相移加热功率为33.7mW,上升时间和下降时间分别为10.26us和19.2us,基本满足光互联的需要。重点分析工艺误差对2×2型热光开关的影响。文中指出了热光开关等有源器件在分析工艺误差对其性能影响中的复杂性,并提出了分别从器件和结构两层面进行分析的方法来降低复杂度。实验发现2×2开关的直通口(barport)与耦合口(crossport)的消光比在某些波长处有近20dB的差异,最大消光比对应的波长由设计的1550nm偏移到1628nm。经过对器件物理的分析,可以用开关中两个定向耦合器分光比的同步变化来解释这一现象。计算表明,波导2～3nm的宽度和高度差分变化就可以使其3dB分光波长发生70nm的偏移,再加上MZI两臂可能出现的轻微不对称,上述现象得到完美的解释。针对开关阵列中的单波导交叉,设计了一种基于MMI的单交叉结构,测试插损为-0.14dB,串扰为-40dB。此外,还设计并优化了MMI型的双交叉结构,模拟结果显示其插损都低于0.3dB,串扰值在-25dB以下。