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.     

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     

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     

高速异型掺杂的硅基槽波导调制器

针对硅基单端推挽调制器的pn结结电容大、调制效率低的问题,设计出一种基于异型掺杂和槽波导结构的硅基调制器。通过槽波导结构和L型掺杂增大了耗尽区与光场相互作用,与传统脊波导相比,在相同调制效率下,槽波导的结电容降低了24%,带宽提高了32%。采用T型轨道的电极实现阻抗和折射率的匹配,4 V偏压下调制带宽达到42 GHz,实现了峰峰值电压V_pp=2 V驱动下70 Gbit/s的OOK信号调制,眼图消光比达5.2 dB。     

硅基光子集成研究进展

报道了国际上关于硅基光子集成的最新研究进展和本课题组在该领域的研究成果,包括对一些光收发模块、III-V族/硅基激光器等集成器件的结构改进和工艺的探索,展示了兼容互补金属氧化物半导体工艺的硅基光子集成在信息技术领域中的巨大前景.可以预见,硅基光子集成已成为硅光子学的主要研究内容,硅光子学及硅基光子集成的发展目标是趋向更高速率、更低功耗及更大集成密度.     

行波电极硅-有机复合集成电光调制器理论分析与实验研究

对基于行波电极的硅-有机复合集成电光调制器进行研究,构建调制器的波导电极结构模型,分析特征阻抗和微波有效折射率对调制器频率响应的影响。通过对电极结构的仿真优化,完成调制器芯片的设计与制备,研究电光聚合物材料的片上极化工艺,得到高性能硅-有机复合集成电光调制器。对研制调制器电极的电学S(Scatter)参数进行测试,分析得到的电极特征阻抗和有效折射率与仿真设计结果基本相符。测试得到电光调制器的3 dB带宽大于50 GHz。     

InP基矩形马赫-曾德高速电光调制器行波电极设计与测试

提出了一种由新型沟槽耦合器和90°弯曲波导构成的InGaAsP/InP基矩形马赫-曾德电光调制器,对该调制器的L型波导相移臂设计了T型类微带行波电极.首先利用电极的等效电路估算带宽上限,进而在考虑阻抗匹配、回波损耗以及带宽等性能的基础上,使用有限元方法对电极的传输、输入/输出以及过渡区的结构参量进行优化.仿真结果表明由于受到电极输入及过渡区的性能限制,设计的整体行波电极匹配阻抗大于42Ω,回波损耗小于-15dB,带宽可达65GHz.测试制备的Ti/Au行波电极,得到回波损耗为-12dB和带宽为20GHz的最优性能.     

硅基光电集成器件研究进展

随着器件结构与制作工艺的不断创新与完善，硅基发光器件已经可以实现室温下的有效工作，外量子效率可达到0．1％；低功耗的硅基高速调制器件的调制速率达到1GHz以上；而硅基光探测器对1300nm与1550nm波长的探测响应度也已分别达到了0．16mA／W和0．08mA／W．文章对硅基光电器件的研究进展情况进行了概述，并着重对几种器件的结构及工作原理进行了分析．     

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.     

硅基光源的研究进展

随着人们对大容量、高速和低成本的信息传播的要求越来越迫切, 近年来硅基光电子学得以蓬勃发展, 但硅基光源一直没有得到真正的解决, 成为制约硅基光电子学发展的瓶颈. 硅的间接带隙本质给高效硅基光源的实现带来很大困难, 实用化的硅基激光是半导体科学家长期奋斗的目标. 本文分别介绍了硅基发光材料、硅基发光二极管和硅基激光的研究进展, 最后总结了目前各种硅基光源面临的问题和未来的发展方向.     

用连续波电光检测技术进行LiNbO3定向耦合波导调制器的场分布测量

本文介绍一种新颖的无损伤检测技术——连续波电光检测技术(OWEOP)对LiNbO_3定向耦合波导调制器模拟样品内场分布进行各种测量所获得的实验结果。采取了背射和端射两种测量方式,测出了波导电极条下,电极间隙区以及电极中断区电场的分布,并对实验结果进行了讨论。     

硅基热光、电光、全光开关及其阵列的研究进展

光开关在实现高速信息互连中扮演着重要的角色,受到人们的广泛关注。随着器件结构的不断创新以及半导体加工技术的不断改进,光开关的发展趋向于低功耗、高速和易集成等特点。文章介绍了功耗仅为540mW 的热光开关,响应时间为4ns 的电光开关和响应时间为25ps 的全光开关,重点分析了这三种开关中存在的问题,并提出了解决方法,同时还探讨了开关在阵列化时应考虑的主要问题。     

基于长周期光栅的有机聚合物高速电光调制器

结合长周期光栅的特性和有机聚合物的优点,首次提出了一种新型的基于长周期光栅的有机聚合物高速电光调制器结构。应用多层光波导理论,分析计算了聚合物折射系数变化与长周期光栅谐振波长的关系。在此基础上进行了模拟实验,结果表明理论分析与实验基本一致。     

硅基热光、电光、全光开关及其阵列的研究进展*

光开关在实现高速信息互连中扮演着重要的角色,受到人们的广泛关注.随着器件结构的不断创新以及半导体加工技术的不断改进,光开关的发展趋向于低功耗、高速和易集成等特点.文章介绍了功耗仅为540mW的热光开关,响应时间为4ns的电光开关和响应时间为25ps的全光开关,重点分析了这三种开关中存在的问题,并提出了解决方法,同时还探讨了开关在阵列化时应考虑的主要问题.     

基于内置电光晶体F P标准具的扫描滤波方法

基于内置电光晶体的F-P标准具,利用F-P多光束干涉原理和晶体的线性电光效应,提出了一种能有效提高啁啾脉冲信噪比的扫描滤波方法。给出了电光晶体加载电压的时变函数表达式,分析了影响信噪比提升效果的主要因素,并重点讨论了电光晶体的电压控制参数对信噪比提升效果和滤波器透过率的影响。研究结果表明,利用该扫描滤波方法可将啁啾脉冲激光信噪比提升约2个量级。     

Improved interface properties of an HfO_2 gate dielectric GaAs MOS device by using SiN_x as an interfacial passivation layer

A GaAs metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitor with HfO2 as gate dielectric and silicon nitride (SiNx ) as the interlayer (IL) is fabricated. Experimental results show that the sample with the SiNx IL has an improved capacitance-voltage characteristic, lower leakage current density (0.785 × 10-6 A/cm2 at Vfb + 1V) and lower interface-state density (2.9 × 10 12 eV-1 ·cm-2 ) compared with other samples with N2-or NH3-plasma pretreatment. The influences of post-deposition annealing temperature on electrical properties are also investigated for the samples with SiNx IL. The sample annealed at 600℃ exhibits better electrical properties than that annealed at 500℃, which is attributed to the suppression of native oxides, as confirmed by XPS analyses.     

Impact of higher order dispersion on Photonically assisted optical millimeter-wave generated using dual parallel electro-optic modulators

In this work, Author investigated the impact of higher order fiber dispersion terms upto third order (3OD) on optical mm-wave generated using two parallel Mach Zehnder Modulators (MZMs). Individual and combined effect of the second order- (2OD) and third order-(3OD) is studied theoretically and experimentally. Expression of fiber dispersion for proposed model is derived using the method of expansion of Bessel function & Taylor series theory. Effect of RF-driven voltage applied to MZM is discussed and analyzed for Optical Sideband Suppression Ratio (OSSR) and Radio Frequency Spurious Suppression Ratio (RFSSR). The Q-factor, Bit Error Rate (BER) and Eye pattern are investigated for ITU's G.655 fiber. Experimental and simulation analysis verified the theoretical analysis.     

High-repetitive frequency millimeter-wave signal generation using multi-cascaded external modulators based on carrier suppression technique

We have numerically and experimentally investigated how to generate high-repetitive frequency millimeter (mm)-wave using multi-cascaded intensity modulators based on optical carrier suppression (OCS) scheme. We have found the rule how to generate the high-repetitive frequency mm-wave by adjusting the repetitive frequency of the radio-frequency (RF) signals and the phase relation between the RF signals on the intensity modulators. Based on this rule, we have experimentally demonstrated to generate over 80 GHz optical mm-wave.     

高速数据传输控制系统的设计

介绍了一种光盘数据高速传输控制系统。该系统相对计算机独立工作,可以方便灵活地组成各种数据传输控制系统,避免了计算机主机系统的介入,大大缩小了控制系统的复杂程度,避免了总线对连接设备个数的限制。使用16倍速DVD ROM,应用PIOMode4协议,在理论上该系统可以达到16 6Mbit/s的最高猝发传输速度。系统中央处理器采用单片机系统,通过内部编程,可以适应于不同的使用场合。输出端口使用数据缓冲器,以保证数据高速连续输出。