量子密钥分发（Quantum Key Distribution,QKD）是一种结合量子力学和经典密码学的具有信息论安全的密钥分发技术,其在理论和实践上的多年发展以及存在的安全优势使得QKD技术成为量子保密通信领域最为成熟的技术。我国近些年在QKD的实验和应用领域也发展迅速,“墨子号”、“京沪干线”等诸多重大成果以及在此基础上的世界首个天地一体化QKD网络的成功搭建,都标志着QKD技术规模的逐渐扩展。广范围的网络规模和丰富的应用场景需要QKD设备具有较小的体积,因此QKD系统中关键器件的小型化是QKD设备后续发展的重要方向。现阶段QKD系统的收发端设备均基于板级分立器件搭建实现,具有较大的体积、功耗,且采用的器件具有较低自主性。在系统的发送端,主要包括主控模块、光学模块和前端模拟电子学模块,目前国内对主控模块和光学模块的集成化研究逐步开展,专用的QKD数据处理片上系统（System on Chip,SOC）芯片和硅基光芯片已经取得一定的成果。本论文针对QKD系统中的前端电子学调制驱动模块的集成化进行研究,基于专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit,ASIC）技术研究设计了调制驱动芯片,包括针对百兆QKD系统实现的基于CMOS工艺应用频率为312.5 MHz的调制驱动芯片和以此为基础应用于GHz QKD系统的基于SiGe工艺应用频率为1.25 GHz的调制驱动芯片。调制驱动芯片的设计目标是在控制端的随机码信号触发下产生多平台的脉冲信号驱动调制器。实际中,多数的高速电光调制器具有较高的驱动电压需求,因此采用调制驱动芯片和功率放大器相结合的方式对其进行驱动。最终测试结果表明,CMOS工艺调制驱动芯片能够实现312.5 Mbps数据率下幅度和脉宽可调的调制驱动信号输出,幅度调节最大可达600 mV,脉宽的调节范围为400 ps-1.4 ns。在基于1550 nm激光器、调制光芯片和超导探测器搭建的312.5 MHz频率的QKD实验系统中,强度调制信号态与真空态的消光比不低于29dB,四种偏振态调制的平均消光比约为23 dB。SiGe工艺调制驱动芯片是对CMOS工艺芯片的各个性能指标的升级,能够实现1.25 GHz的数据率下,输出的幅值可调,最大幅度可达1.5 V,脉宽微调的驱动信号的输出,后续将该芯片逐步应用到1.25 GHz的QKD系统中。由测试结果可得,调制驱动芯片达到设计预期,结果符合设计要求。本论文的创新点有以下几个方面:1.为QKD的发送端调制驱动模块提出了集成化方案。该方案代替了现有的通过板级电路实现多态输出的调制驱动方案,具有自主知识产权,是国内首个开展的QKD系统发送方关键电子学器件集成化研究工作之一。2.在调制驱动芯片中,为了实现相互独立的四种偏振态或三种幅度态光信号对应的电脉冲输出,提出采用三个不同幅值通路随机选通的方案。该方案每次只选通一路信号对应电信号的输出,在降低信号的相位抖动时保证各个通道不具有相关性,即实现对各个电脉冲幅值的独立调节。