集成相干光通信系统,不仅具有相干光通信系统的高灵敏度()的优势,同时还具有体积小、成本低,热稳定性好、便于批量生产等光集成技术的优点。90°光混频器是相干光接收端的重要器件,负责对正交相位调制光信号进行解调。由4×4多模干涉(MMI)耦合器设计的90°光混频器具有损耗小、带宽大、易于设计和性能稳定的优点,所以将利用该方案在硅基上设计实现90°光混频器。　　本文首先对MMI耦合器的工作原理,也就是自映像效应,进行了数学分析,证明了4×4 MMI耦合器设计90°光混频器的可行性。利用光束传播法和有效折射率等效法,对该设计进行模拟仿真和参数优化。然后对该90°光混频器性能进行了数值仿真,得到其相位偏差在C波段内最大为2.2°的结果,很好地符合了一般通信系统对光混频器的要求。　　在器件制备上,利用电子束曝光工艺和感应耦合型离子束(ICP)刻蚀工艺在340nm顶硅的绝缘体硅片(SOI)上实现了90°光混频器。在1550m波长和TE偏振态下,实验测量得到90°光混频器的附加损耗为1dB。为了测试90°光混频器的相位偏差,在其前端加入了400GHz的延迟线。可是相位偏差的测量则受到了F-P腔震荡噪声的干扰,无法准确获得。对此在实验上利用了加匹配液和减小耦合波导尺寸的方法,将噪声幅度减弱了3dB;另外在数字处理上采取理想曲线修正的方法,也得到了明显的效果。　　本研究的创新点在于,国内首次制备并测试了基于MMI耦合器的硅基90°光混频器,对相干光接收系统的硅基集成研究有着重要意义。