高速率、低功耗的小型化电光调制器是现代电通信网络和微波光子系统的关键组成部分。基于人工表面等离激元的慢光效应，设计了一种利用金属光子晶体电极的马赫-曾德尔干涉仪电光调制器。通过在薄膜铌酸锂光子芯片上调控微波色散与群速度，实现了微波与光波之间更强的相互耦合作用。对电光重叠积分因子的分析表明，这种结构相较条形电极结构可以通过更短的传播长度得到相同的相移，实现高效的调制过程。同时，所提慢光效应结构也可以应用于其他集成化的电光器件。

基于纳米薄膜铌酸锂与氮化硅复合波导结构, 构建了光电子可逆逻辑门, 应用于神经形态光子学和量子计算。该光电子可逆逻辑门的主体由两个马赫-曾德尔调制器级联而成, 结构紧凑, 全长仅为4.4mm, 是普通质子交换铌酸锂调制器长度的百分之一。工作在1.55μm 波长时, 该马赫-曾德尔调制器仅需4.9V电压就可以实现一次完整的功率交换, 很好地与CMOS工艺相兼容。器件特性研究表明, 该光电子可逆逻辑门能够实现可逆逻辑运算功能。此外, 该器件在1.4~1.6μm波长范围内, 插入损耗均值为0.6dB, 输出端口的最小串扰为-47dB, 消光比的最大值为41dB; 在4~6V电压范围内, 插入损耗均值为0.63dB, 输出端口的最小串扰为-26dB, 消光比的最大值为22dB, 显示出了良好的响应特性。

针对传统铌酸锂电光调制器体积大、带宽小等技术问题, 提出了一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器的设计方法, 给出了薄膜铌酸锂电光调制器高频传输仿真模型, 详细介绍了薄膜铌酸锂电光调制器的高频信号馈入设计、过渡薄膜基板高频阻抗匹配设计, 并测试了40 GHz小尺寸薄膜铌酸锂电光调制器的核心指标。测试结果表明: 设计的薄膜铌酸锂电光调制器插入损耗、半波电压、3 dB带宽、产品尺寸分别为4.1 dB、3.9 V、40 GHz、30 mm×10 mm×5 mm, 比传统铌酸锂电光调制器性能优越。

高线性度电光调制器主要用于解决微波光子系统中电信号到光信号转化时信号非线性失真的问题，微波光子链路的性能会受到电光调制器线性度的影响。本文首先分析了调制器产生非线性的原理，然后从电学域和光学域两方面概述了国内外提高调制器线性度的研究进展，并着重介绍了MZM串/并联法与微环辅助法的原理与研究进展，最后概述了薄膜铌酸锂在高线性度调制器上的应用，并对薄膜铌酸锂高线性度调制器的应用前景进行了展望。

高速电光调制器是宽带光通信网络和微波光子系统中的关键元器件之一。相对于体材料铌酸锂而言, 薄膜铌酸锂材料由于其较强的光场限制能力, 在构建小尺寸、宽带、低半波电压的高性能电光调制芯片上有独特的优势。文章基于薄膜铌酸锂材料研制了一种3dB带宽不低于50GHz的电光调制芯片, 并采用光纤与波导水平端面耦合的光学封装方案和基于1.85mm同轴接头的射频封装方案, 实现了全封装的薄膜铌酸锂电光调制器。测量结果表明, 封装后器件的光学插入损耗小于等于5dB, 3dB带宽大于等于40GHz, 射频半波电压小于等于3V@1GHz。

介绍了LNOI材料、光波导制备、光耦合和器件技术方面的研究进展, 并针对LNOI材料在光电集成芯片方面的发展进行了展望。