随着集成电路的飞速发展，芯片处理能力越来越强，对传输速率和传输容量的要求也越来越高。由于电互连在固有损耗、反射及串扰、延时、功耗、成本和重量等方面存在问题，它越来越难以适应发展的需求。而光互连技术具有带宽高、延时低、重量轻等优点，因而具有广泛的市场需求和应用前景。目前多种电子设备的涌现正驱动着互联网业务的快速发展，而网络终端的服务则驱动着数据中心内部通信向着高带宽和低延时发展，因此应用于服务器之间或者服务器与路由器之间的短距光互连传输方案应运而生。这种互连技术的关键是小体积、低功耗和低成本的光电转换模块的制作，而光耦合结构、信号完整性设计以及系统集成设计直接影响着它的实现。　　本文深入研究了现有光电系统封装技术中存在的光耦合、信号完整性以及系统集成的问题，并具体完成了4×10Gbps和4×25Gbps两款光模块的设计和制作，这对未来更高速率和更高密度短距光互连系统的设计和研究有指导意义。本文的主要研究内容有:　　(1)在光耦合方面，主要针对光耦合结构进行了研究。首先分别对目前存在的45°反射镜、90°光纤弯折及90°柔性基板等光耦合结构的优缺点进行总结;然后在此基础上提出了一种基于新型光耦合结构的光组件，采用直接和无源的耦合方式;最后通过光学仿真，对该结构的耦合效率和耦合容差进行光学研究。通过仿真验证，该结构能达到高的耦合效率和大的耦合容差。　　(2)在信号完整性方面，主要针对光电模块中的信号完整性问题进行了研究。首先对与光电模块相关的信号完整性理论进行研究;然后基于理论分析对电学基板的叠层和传输线进行设计，通过三维电磁场仿真软件对系统链路中的接插件、过孔、电容、金手指和键合线等不连续结构进行优化，并且提出了一种高频接插件处不连续结构的优化方法;最后对硅载板上90°弯折传输线以及集成方式进行了电学研究。通过电学设计，使整个系统电学性能达到要求。　　(3)在系统集成方面，针对光组件制作、光模块组装和热管理、光互连系统测试进行了研究。首先针对新型光组件结构提出了一种硅载板的加工流程，步骤简单并可以大规模生产制造;其次对光组件的组装工艺和组装容差进行了研究，可以满足-1dB的耦合容差;另外对4×10Gbps和4×25Gbps QSFP系统的热学性能进行了仿真研究，两种光模块在适当散热措施的辅助下都可以稳定可靠的工作;最后，对这两种QSFP光模块进行了链路测试，眼图睁开并且误码率小于10-13，验证了这种光电系统封装方式应用于高速短距互连时的可行性。