基于Add-drop型微环谐振腔的硅基高速电光调制器设计

相比于传统的All-pass型微环谐振腔硅基电光调制器, Add-drop型微环谐振腔可提供更多的设计自由度, 使调制器在不改变杂质掺杂浓度的情况下就能在调制带宽和消光比性能上获得均衡考虑. 本文设计了基于Add-drop型微环谐振腔的高速、且在低调制电压下实现大消光比的硅基电光调制器, 所用微环谐振腔的半径仅仅为20 μm. 重点分析了直波导与微环谐振腔的耦合对调制器性能的影响, 发现较小的Drop端耦合系数有利于消光比的提高, 但是不能同时达到最佳的调制带宽, 因此设计上存在一个带宽和消光比性能上的折中考虑. 根据优化设计的结果进行了实际器件的制作和测试. 静态光谱测试表明, 在3 V反向偏置电压的作用下, 调制器的消光比最大可达12 dB. 动态电光响应测试中, 在仅仅1.2 V的信号幅值电压下测得了8 Gbps数据传输速率的清晰眼图. 关键词： 电光调制器 绝缘体上的硅 微环谐振腔 载流子色散效应     

硅-有机物材料混合电光调制器的优化设计

设计了一种基于绝缘上层硅的硅-有机物材料混合马赫-曾德干涉型高速电光调制器.利用光束传播法对顶层硅为220nm的绝缘上层硅基片上的3dB分束器/合束器的结构参数进行模拟,优化后附加损耗仅为0.106dB.为提高模式转换效率,在条形波导和slot波导之间设计了模式转换器,光耦合效率高达98.8%,实现了光模式高效转化.利用时域有限差分法模拟了slot波导平板区掺杂浓度对波导内光学损耗的影响,在几乎不产生光学损耗的情况下,得到平板区轻掺杂浓度为71017/cm3,调制器设计总损耗为0.493dB.利用薄膜模式匹配法对slot波导结构进行仿真分析,考虑slot区等效电容及平板区等效电阻对带宽的影响,优化后得到slot波导结构的限制因子为0.199.采用slot波导与强非线性有机材料LXM1结合的绝缘上层硅平台实现了强普克尔效应,得到电光调制器半波电压长度积为1.544V·mm,电学响应3dB带宽为137GHz.     

基于嵌入填充层的薄膜铌酸锂-氮化硅电光调制器

提出一种异质集成型薄膜铌酸锂电光调制器,由底部氮化硅波导、中间BCB黏合层、顶部铌酸锂薄膜构成调制区波导结构,调制电极位于铌酸锂薄膜的上部且二者之间填充了低折射率的SiO₂,以利于实现折射率匹配并降低光损耗、微波损耗。进一步利用马赫-曾德尔干涉仪结构,设计了相应的电光调制器,并提出一种倒台阶型薄膜结构,该结构可实现输入、输出波导与调制区波导的高效耦合。对该电光调制器进行行波高速匹配设计,所得器件的半波电压长度积为1.77 V·cm,3 dB调制带宽为140 GHz,且调制区长度仅为5 mm。所提器件结构有望在大带宽薄膜铌酸锂电光调制器设计中发挥优势,助力薄膜铌酸锂光子集成器件的快速发展。     

基于Franz-Keldysh效应的倏逝波锗硅电吸收调制器设计

本文设计了一种基于Franz-Keldysh (FK) 效应的GeSi电吸收调制器. 调制器集成了脊形硅单模波导. 光由脊形硅波导以倏逝波形式耦合进锗硅吸收层. 在硅基锗二极管FK效应实验测试的基础上, 有源区调制层锗硅中的硅组分设计为1.19%, 从而使得器件工作在C (1528–1560 nm) 波段. 模拟结果显示该调制器的3 dB带宽可达64 GHz, 消光比为8.8 dB, 而插损仅为2.7 dB. 关键词： 锗硅 调制器 电光集成     

铌酸锂薄膜调制器的研究进展

铌酸锂薄膜调制器具有体积小、带宽高、半波电压低的优点,在光纤通讯和光纤传感领域具有重要应用价值,是近年来的研究热点。本文梳理了铌酸锂薄膜调制器的波导结构、耦合结构、电极结构的研究进展,总结了LN薄膜波导的制备工艺,并深入分析了不同结构调制器的性能。基于SOI和LNOI结构,薄膜调制器实现了V_πL<2 V·cm,双锥形耦合方案实现了耦合损耗<0.5 dB/facet,行波电极结构实现了调制带宽>100 GHz。铌酸锂薄膜调制器的性能在大多数方面优于目前商用铌酸锂调制器,随着波导工艺进一步提升,将成为铌酸锂调制器的热门方案。最后对铌酸锂薄膜调制器的发展趋势和应用前景进行了展望。     

基于双缝隙结构的电光调制器设计与工艺实现

受铜线带宽小、延时大、功耗高的限制,下一代芯片互连较为可行的一种解决方式是采用光互连.调制器作为其中的关键器件,有重要的研究意义.设计了一种新型的硅基双缝隙波导电光调制器,该调制器结构采用法布里-珀罗微谐振器,依靠缝隙内高非线性聚合物的快速电光效应,通过外加电压达到调制效果.调制器结构包含了新型的一般微纳波导到双缝隙波...     

基于偏置纳米线的石墨烯表面等离激元调制器

开发高性能的电光调制器对于构建片上光子回路非常重要.鉴于纳米线结构具备独特的电场横向束缚特点,设计一种基于纳米线的混合表面等离激元波导电光调制器,该调制器由偏置双硅纳米线、双石墨烯层以及置于双石墨烯层之间的银纳米线构成.利用二维时域有限差分算法计算分析结构参数对器件调制性能的影响.模拟结果表明,所设计的调制器在1550 nm的工作波长下可以实现较为出色的调制性能,其3 dB调制带宽高达250 GHz,调制深度和功耗分别高于0.15 dB/μm和低于11.5 fJ/bit,该调制器可为新一代高性能集成电光调制器的开发提供设计思路.     

退火质子交换平面波导型电光调制器的研究

基于双棱镜耦合m线技术提出了一种新型的平面波导强度调制器。由于质子交换平面波导的导波层在加上电场后折射率发生变化，从而引起棱镜耦合输出的m线强度的变化，实现电光调制。讨论了电极间隙宽度和导波层吸收对器件性能的影响。与其他类型强度调制器相比，这种调制器具有简单的电极结构，而且调制带宽可达40GHz以上。     

高局域性的可调硅基混合表面等离子体光相位调制器

设计和分析了一种可调硅基混合表面等离子体相位调制器.表面等离子体的引入打破了衍射极限的限制,使光场局域在一个纳米尺寸范围.该调制器的实现采用了两种原理:硅材料的等离子体色散效应以及聚合物的电光效应.由于器件结构的电容和寄生电阻较小,RC响应时间为3.77 ps,调制带宽大约100 GHz.当外加2.5V的驱动电压时,该...     

基于有限元法的新结构LiNbO3电光调制器的分析与优化

对传统结构的LiNbO3电光调制器进行了改进,并用有限元法对改进后的电光调制器进行了分析计算,采用T形电极、脊波导和空气背槽的新型LiNbO3电光调制器在进行了结构尺寸优化后,相速完全匹配,带宽可达98 GHz,特性阻抗为52 Ω,损耗系数为0.464 dB/(cm·GHz1/2),半波电压为7.13 V,其性能远优于传统结构的调制器.     

热交联型聚氨酯集成双通道电光调制器的制备及其性质的研究

研究了交联型聚氨酯材料集成衰减全反射型双通道聚合物波导电光调制器的制备和性能。这种电光调制器的制备技术非常简单,只要用两个分立的下电极代替单通道调制器中的下电极即可。通过测量器件的调制特性,在832 nm波长下,获得了最大电光系数为24.2 Pm/V,调制带宽约为500 MHz、插入损耗低于1.5 dB。由于器件上下电极的垂直距离为微米级、而通道之间的水平距离为毫米量级的设计,使各通道之间的场不会引起相互交迭,因而未测到各通道间的串扰。另外,热交联型聚合物材料的采用提高了整个器件的热稳定性,在100℃经过800 h后,电光系数仍然保持初值的88%。     

硅基全光宽带太赫兹幅度调制器的研究

提出了一种基于掺金硅的全光学宽带太赫兹波幅度调制器, 研究了金(Au)点阵掺杂后硅(Si)体内的少数载流子寿命及其太赫兹波调制特性. 实验结果表明, 掺杂的Au原子为Si中的光生电子- 空穴对提供了有效复合中心, 使其少数载流子寿命由原来十几微秒降低至110 ns左右. 利用波长915 nm 调制激光作为抽运光源, 在340 GHz载波的动态调制测试中获得4.3 MHz的调制速率和21%的调制深度, 使Si基调制器的调制速率提高了两个数量级. 该全光太赫兹调制器可工作在整个太赫兹频段内, 具有极化不敏感特性, 因而在太赫兹波高速和宽带调控方面具有重要的应用价值, 也是构建光控型Si 基太赫兹功能器件的重要基础.     

同相正交硅基光调制器的自动偏置电压控制技术

描述了基于同相正交硅基光调制器的自动偏置电压控制算法理论及实现方案。首先比较了硅基光调制器与传统铌酸锂调制器的调制特性,结合同相正交硅基光调制器模型推导出了调制器输出光信号与电场信号的函数关系式,根据此关系式提出了一种基于正弦dither信号注入调制器偏置工作点并解析调制器内置低带宽监控光电二极管反馈信号频域参数的控制方案,并通过数值仿真验证方案的可行性;然后搭建自动偏置电压控制算法的测试平台,通过测试平台得出不同偏置电压条件下I(in-phase)路、Q(quadrature-phase)路与Phase(outer-phase)路调制器内置监控光电二极管的反馈信号波形,并将测试结果与仿真数据进行对比,对比结果验证了本研究假定的同相正交硅基光调制器光电传递函数模型的准确性;最后测试了128 Gb/s双偏振正交相移键控调制格式下偏置电压控制算法的精度,并通过矢量幅度误差指标得到算法所引入的光信噪比代价。     

基于石墨烯的D型双芯光纤调制器

利用石墨烯独特的吸收特性以及双芯光纤两芯之间的耦合作用,提出并设计了一种基于石墨烯的D型双芯光纤(DTCF)调制器的结构,该结构结合了吸收调制和耦合调制的优势。仿真验证了结构的调制可行性,基于有限元法数值模拟分析了调制器传输模式、两纤芯半径、纤芯距、石墨烯层数、过渡层材料对调制器性能的影响,并通过性能优化最终实现了调制带宽为8.557GHz、消光比为67.64dB、半波电压为1.763V、调制深度为98.75%、插入损耗为1.4dB、调制器长度为3.07mm的高性能调制器。     

M-Z型极化DANS聚合物电光波导强度调制器研究

研究了Mach-Zehnder型极化聚合物电光波导强度调制器的制备工艺.器件采用DANS (4-dimethylamino-4′nitro-stlibene)聚合物为电光波导材料,由电光波导层、上下介质缓冲层、上下金属电极层构成五层波导结构.对五层光波导各层之间的光学、化学以及微加工工艺的相互兼容性进行了深入研究.采用紫外光漂白方法制备出侧壁光滑的条波导,采用钨丝电晕极化方法对DANS聚合物波导进行有效极化,使其具有电光特性.通过优化器件制备工艺,研制出工作波长为1300 nm的M-Z型电光波导强度调制器原型器件.实验测得器件半波电压约为10 V,调制带宽约为1 GHz.     

硅基GHz高速电光调制器研究进展

硅基高速电光调制器是新一代密集波分复用系统和光时分复用系统中的关键光电子器件，他的运用可以降低光通讯系统的制作成本并且大大有利于未来的硅基光电集成．目前国际上已经实现的硅基高速电光调制器件的调制速率已经超过6GHz．文章对国外硅基高速电光调制器的最新研究进展进行了介绍，评述了各种基于不同电学和光学结构的硅基电光调制器，对不同类型器件在制作和应用中的优缺点进行了比较．     

采用接触式极化法研制有机聚合物电光光波导调制器

结合器件的整体结构考虑，对接触式极化方法和工艺进行了研究，基于接触式极化法，设计并制作了聚合物电光光波导相位和偏振调制器。通过测量器件的偏振调制特性，在1550nm光波波长下，获得了最大电光系数为llpm／V，电光相位调制器的半波电压为45V。     

基于绝缘体上硅的一种改进的Mach-Zehnder声光调制器

传统的基于绝缘体上硅的Mach-Zehnder(MZ)声光调制器中,叉指换能器位于两臂的同一侧.为实现高的调制效率,声表面波的波峰和波谷分别调制MZ干涉仪的两臂,这要求控制MZ干涉仪两臂之间的距离为奇数倍声波半波长.但实际上由于传播过程中衬底材料的变化,声波波长会变大,这会导致两臂的间距难以准确设置.另一方面,声波在传播过程中经过MZ干涉仪的一臂后会发生衰减,降低了对另一臂的调制效果,影响了整体的调制效率.本文针对这些问题给出了一种解决方案,把叉指换能器放在MZ波导两臂之间,确保MZ干涉仪两臂到叉指电极中心距离相等.采用有限元法,首先对新提出的结构进行分析,然后通过声光互作用原理得到了材料的折射率变化;进而研究了波导类型、波导宽度、氧化锌厚度及叉指对数等因素对声光调制效率的影响,并对声光调制器的结构参数进行了优化以提高其性能.基于COMSOL Multiphysics的仿真结果表明,当条波导宽度为6μm,氧化锌只覆盖有叉指电极的部分且厚度为2.2μm,控制叉指电极数目为50对时,波导有效折射率变化在驱动电压为1 V时可以达到4.08×10~(-4),比传统结构提高了12%.     

基于石墨烯的高效复合波导调制器研究

提出了一种基于石墨烯的复合波导调制器,用严格的三维数值仿真结果展示了该调制器的工作状态。利用调制器狭缝中的表面等离激元对电磁波的强约束,增强了光与石墨烯间的相互作用,提高了调制器的调制性能,调制效率可达0.197dB·μm~(-1)。在调制器长度为15μm时,可实现调制深度为3dB的开关键控效应,此时的插入损耗为0.4dB,调制带宽可达1.85GHz。设计了与输入波导相连接的耦合器,在耦合器总长度仅为1μm的条件下,实现了86.6%的耦合效率。     

GaAs／GaAlAs定向耦合器型行波调制器：1.设计

从理论上重点分析和研究了器件行波电极的微波特性，在半绝缘ＧａＡｓ衬底上设计了具有ｎ＾＋重掺杂外延层和共平面电极的ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ定向耦合器型行波调制器，针对实验中发现的行波电极上微波的高传输损耗问题。分析了起因并提出了器件的改进设计方案，从而设计出可达到３５ＧＨｚ带宽的高速调制效应的光波导调制器。