光子晶体是一种周期性的人工材料,具有光子带隙和光子局域性等特点,被广泛应用于光通信领域。在光子晶体中引入线缺陷构造的传统光子晶体波导具有后向散射和侧向散射损耗,同时容易受加工误差缺陷的影响,降低了光波的传输效率。拓扑光子晶体具有独特的单向传输特性以及对缺陷、转角的鲁棒性等,为其在波长级别上操控光传输和光与物质相互作用等方面提供了强有力的手段。用拓扑光子晶体波导代替传统条形波导、线缺陷光子晶体波导,可以实现高效的光学传输,从而弥补传统光学器件尺寸大、传输损耗高等固有缺陷,提高集成光学芯片的集成度。本文基于拓扑光子学理论,构造了一种谷光子晶体波导,并对其特性进行了理论与实验验证。在此基础上,进一步设计了一种谷光子晶体马赫-曾德尔型硅基电光调制器,并对其进行了优化与性能表征。本文具体研究内容如下:（1）研究了基于谷霍尔效应的拓扑光波导单向传输特性。首先,设计了由两种不同拓扑指数的谷光子晶体构成的拓扑光波导,对其单向传输特性进行了分析。着重比较了谷光子晶体、线缺陷光子晶体、传统条形波导在尖锐转角下的光传输特性。仿真结果表明,光波在谷光子晶体波导中几乎能够无损耗地通过转角,且出射透射率高达99%,而其在线缺陷光子晶体波导和传统条形波导转角处的传输行为较差,发生了严重的后向散射和侧向散射,导致透射率严重下降。其次,利用光刻和刻蚀技术制备了谷光子晶体波导,并对其进行了形貌及光学性能表征。实验结果表明,谷光子晶体波导具有良好的形貌。光波在谷光子晶体弯曲波导中的平均转角损耗为0.36 d B,而光波在线缺陷光子晶体弯曲波导中的平均转角损耗为0.85 d B,充分表现出谷光子晶体波导优异的单向传输特性与鲁棒性。（2）设计了一种基于谷光子晶体的马赫-曾德尔型硅基电光调制器,并对其性能进行了系统研究。首先,针对调制器的光学结构,重点设计了一种谷光子晶体分束器和合束器,并对其进行了综合性能分析。研究表明,基于谷光子晶体的分束器与合束器可以在以通信波长1550 nm为中心的133 nm的波长范围内实现高效的光束分离与合并能力,分离与合并光束的效率分别接近50%和100%。其次,设计了调制器的电学结构。优化分析了电极的结构参数,实现了较好的阻抗匹配和相速度匹配。最后,结合光学结构与电学结构对电光调制器的整体调制性能进行了数值仿真计算。结果表明,该调制器可在1483～1616 nm波长范围内有效工作。在～1550nm的消光比为17.05 d B、插入损耗为0.16 d B、调制深度为0.98,调制带宽为126GHz,且器件的整体尺寸仅达微米量级。综上所述,本论文结合理论和实验研究了基于谷霍尔效应的拓扑光波导单向传输特性,并设计了谷光子晶体马赫曾德尔型电光调制器。该调制器具有体积小、调制带宽高、损耗低等特性,为现代光通信系统和光集成、光互连系统的发展提供了一种新的研究思路。