低半波电压电光调制器是实现大规模光电集成的关键。文章提出了一种半波电压低于1.5V的薄膜铌酸锂马赫-曾德尔(Mach-Zehnder，MZ)电光调制器，选用绝缘体上单晶薄膜铌酸锂材料作为设计基础，分析了直波导、多模干涉耦合器、弯曲波导和调制臂等结构对电光调制器的影响。结果表明，当调制臂长为3mm时，该薄膜铌酸锂电光调制器具有1.05V的低半波电压、0.319dB的低损耗和27dB的高消光比。同时，该调制器半波电压长度积为0.315V·cm，调制效率高，具有与CMOS技术兼容的半波电压，有利于大规模光电集成。

为实现马赫曾德尔(MZ)电光强度调制器(EOIM)工作点的实时控制，提出一种基于虚拟仪器技术的工作点自动控制方案。采用闭环反馈控制系统，引入微扰动信号，通过“扫描—鉴相补偿”的方法,可以使自动控制工作点长时间锁定于传输曲线的最低点。当激光器输出功率为6 mW，控制EOIM在1 h内稳定于最低点，实验测得EOIM输出平均光功率1.198 μW，标准差0.123 μW，波动小于0.43 μW；在EOIM最低点外加电脉冲信号进行调制时，产生消光比均值达25.71 dB的光脉冲。输出脉冲消光比与未加控制时相比提高9.94 dB，波动小于0.5 dB，大大提高了MZ电光调制器的工作稳定性。

马赫-曾德尔电光调制器的偏置点控制是光载射频传输链路中一项十分关键的技术。为了分析马赫-曾德尔电光调制器偏置点抖动控制对射频信号的影响，用贝塞尔级数展开再进行频谱分析的方法对系统输出信号成分进行了理论分析，设计了马赫-曾德尔调制器任意点控制系统并进行了实验验证。用MATLAB进行仿真后可知，在输入射频功率为18dBm时，抖动信号幅度需小于45mV，2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比才能大于20dB；而在输入射频功率为10dBm时，这个幅度要小于19mV。改变抖动信号幅度进行实验，得到2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比与仿真结果误差始终保持在3dB~32dB左右。结果表明，马赫-曾德尔电光调制器工作在线性偏置点时，抖动信号引起的频率分量是可以忽略的；但将调制器偏置控制在最低偏置点时，对射频信号的影响不可忽略。

为了实现对双电极马赫-曾德尔电光调制器任意直流偏置点的自动偏置控制，采用在闭环控制基础上，引入一个可调移相器使不同直流偏置点处误差信号相同的方法，理论分析了可调移相器相移量与直流偏置相位的关系，仿真得到对于不同偏置点，当调制器直流偏置相位漂移达-0.15rad ~0.08rad，移相器引入附加相位漂移-0.55rad~0.55rad时，经偏置控制后相位漂移被限制在-3.0×10-4rad~1.7×10-4rad范围内。结果表明，该方法有效实现了对电光调制器任意直流偏置点的自动偏置控制。

硅光波导和光子器件具有大折射率差和紧凑尺寸，硅光子被认为是新一代大规模光电集成技术。基于自由载流子等离子体色散效应，采用MOS电容电极结构的马赫曾德尔调制器(MZM)，可实现10 GHz以上的高速调制。采用有限元方法，通过构建光和电结合模拟方法，对一种双硅层的MOS电容电极MZM的静态和动态性能进行了理论研究。研究结果表明，在-2 V驱动电压作用下，当掺杂粒子浓度为1×1015 cm-3时，有效折射率变化值为1.05×10-5左右，实现Vπ所需的单臂调制臂长为3.68 cm，损耗小于0.84 dB/cm，其上升时间和下降时间在40 ps左右；当掺杂粒子浓度为5×1015 cm-3时，其有效折射率变化只有0.86×10-5左右，实现Vπ所需的单臂调制臂长需4.51 cm，损耗约为1.36 dB/cm。当改变该调制器结构参数后，其上升时间和下降时间会产生明显变化。

硅光子是新一代大规模光/电集成技术, 可实现各种常见光器件, 其中基于自由载流子等离子体色散效应的硅基马赫曾德尔电光调制器(MZM), 可实现10 GHz以上的调制速度。在硅基MZM中, 一个关键技术是采用合适的电极结构使自由载流子浓度产生有效的变化, 以达到调制所需的有效折射率变化。考虑到调制速度和功耗的要求, 对一种基于MOS电容电极的MZM进行了光电结合模拟研究。研究结果表明, 在-1.5 V驱动电压作用下, 当掺杂体积分数为1015 cm-3时, 有效折射率变化值为3.82×10-6左右, 实现半波电压Vπ所需的单臂调制臂长为13.5 cm, 损耗小于0.04 dB/cm; 而当掺杂体积分数为1018 cm-3时, 其有效折射率变化可达6.96×10-5左右, 实现Vπ所需的单臂调制臂长只需0.7 cm, 但损耗约为24.8 dB/cm。而且在不同的电极结构下, 调制性能有明显的差异, 其有效折射率变化达1.53×10-5左右, 实现Vπ所需的单臂调制臂长需3.3 cm, 但损耗只有0.09 dB/cm。