在光互连、光通信和光计算等应用领域，集成光子学与技术发挥着极其重要的作用。当前，计算机中各电路和各芯片之间是通过电导线传输信号的，然而随着数据带宽的需求越来越大，传统的电互连正面临传输的瓶颈。光在信号传输上有着天然的优势，以光互连代替电互连将是今后的一大发展趋势。硅基片上光互连是把各种光子器件集成在一个硅片上，以光子流为载体进行信号的传输和处理，其特点是可采用标准CMOS工艺进行制造，而且方便与微电子集成电路混合集成。硅基光互连系统是由各种光波导器件组成的，包括激光器、耦合器、滤波器、调制器、光开关、阵列波导光栅和探测器等等。微环/微盘谐振腔是一种十分有用的元件，可用来构成多种功能器件，比如：滤波器、波分复用器、调制器、光开关和光延迟线等等。本论文全面、深入地研究了硅基微环/微盘谐振腔的工作原理、性质和结构设计，探索了制作硅基微环/微盘谐振腔的基本工艺，包括电子束曝光和等离子体干法刻蚀等等，成功研制了一系列基于微环/微盘谐振腔的光子器件，包括高性能的微环谐振腔与微盘谐振腔、新型的偏振分离器、平带滤波器，高速电光调制器和高速电光开关。　　 本论文研究了微环/微盘谐振腔的工作原理和基本性质，总结了影响谐振腔性质的三个因素，并分别对其进行了设计与分析，包括波导的模式特性、微环-波导的耦合效率以及微环的内损耗。采用电子束曝光和等离子体干法刻蚀技术，作者在国内首次实现了高Q值、大消光比的硅基微环谐振腔和微盘谐振腔。微环谐振腔的Q值达到53,000，消光比为14dB，微盘谐振腔的Q值达到280,000，消光比为10dB。通过改善工艺条件和优化设计，作者成功地将亚微米波导的传输损耗降到了3.9dB/cm。本论文深入研究了硅基亚微米脊形波导的模式特性、损耗特性以及所构成微环谐振腔的性质。当波导平板高度大于一定值时，TM模将变成辐射模，仅TE基模可以传输，基于这种波导的微环谐振腔，对TE偏振是带阻滤波器，而对TM偏振是完全阻止的。亚微米脊形波导及其微环谐振腔有较高的研究价值，它是构成各种光子器件的基本元件，将在集成光学系统中发挥重要的作用。　　 采用跑道形微环谐振腔，作者提出并实现了一种新型的偏振分离器。亚微米波导具有偏振相关性，TE模和TM模的有效折射率差异较大，而微环又是一种波长敏感器件，因而可以利用这两个特点实现偏振分离的功能。脊形波导能提高微环与波导的耦合效率，同时也能降低波导的传输损耗，从而保证TE和TM偏振态都能良好工作。实验证明，这种偏振分离器工作在1550nm波长附近，对TE偏振和TM偏振的分离比高达20dB。在集成光子回路中，光滤波器是一种最基本的器件，通常要求它通带平坦，而带边陡峭。基于双环并联级联的结构，精确控制环与环之间的中心距离，利用两个环之间的耦合作用，作者成功研制出了通带平坦的滤波器，它工作在1543nm附近，通带1dB带宽与10dB带宽的比值为0.51。　　 电光调制器与电光开关是光互连系统中的关键器件，分别用来调制光信号和路由光信号。利用PIN二极管高效的载流子注入，结合高性能的微环和微盘谐振腔，作者成功研制出了高速的硅基电光调制器和电光开关。给器件加正偏压时，微环和微盘的谐振峰都发生了明显的蓝移，证明等离子色散效应在发挥作用。微环调制器中的微环面积为28μm×20μm，测得的调制效率为97％，功耗为0.58mW，开关上升时间为0.37ns，下降时间为2.57ns。微盘电光开关中的微盘半径仅为10μm，测得的通道串扰为-20.2dB，下话路端插入损耗为1.7dB，功耗为0.46mW，直输出端开关时间为1.31ns，下话路端开关时间为2.48ns，与国际上报道的最高水平相当。