本发明涉及一种具有非对称硅纳米颗粒阵列结构的SOI晶圆及制备方法，SOI晶圆包括：硅衬底层、二氧化硅掩埋层以及硅纳米颗粒阵列；纳米颗粒阵列由偶数个基元周期排列构成；单个基元包括两个不同尺寸的长方体纳米颗粒，采用平行排列方式或直线排列方式；在平行或直线排列方式中，第一长方体纳米颗粒位于第二长方体纳米颗粒一侧；将第一长方体纳米颗粒的中心点与第二长方体纳米颗粒的中心点的连线作为对称轴；第一长方体纳米颗粒和第二长方体纳米颗粒分别关于对称轴呈轴对称设置。本发明硅纳米颗粒阵列采用的非对称结构增强了光信号的局域场强，与硅材料的非线性结合进一步增强了硅纳米颗粒阵列的非线性效应，并且简化了加工工艺。