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     

双轴晶体电光调制器的最优设计

运用新的线性电光效应的耦合波理论，对双轴晶体KTP电光调制器的温度特性进行了理论研究.找到了一个入射光波矢的方向，在该方向上，出射光光强不随温度的变化而变化，而且此方向在一定的角度范围内变动，温度的稳定性是可以保持的.还进一步对晶体的通光长度和外加电场的方向进行了筛选，实现了双轴晶体KTP电光调制器的最优设计. 关键词： 电光效应 耦合波理论 电光调制器 最优设计     

SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器

在片上光互连系统中,电光调制器起到将电信号调制为光信号的作用,是光互联系统中的核心部件之一。调制器的3 dB带宽决定着载波所能携带的最大信息量,是衡量调制器性能的核心参数。利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型调制器,其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迁移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔的光程放大的结构优势,通过理论计算,其3 dB调制带宽可以达到100 GHz。同时,基于微环谐振腔的石墨烯电光调制器结构可以方便的与光互联系统中的波分复用器相集成,从而提升片上光互联系统的集成度和降低技术复杂性。     

SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器

在片上光互连系统中,电光调制器起到将电信号调制为光信号的作用,是光互联系统中的核心部件之一。调制器的3 dB带宽决定着载波所能携带的最大信息量,是衡量调制器性能的核心参数。利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型调制器,其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迁移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔的光程放大的结构优势,通过理论计算,其3 dB调制带宽可以达到100 GHz。同时,基于微环谐振腔的石墨烯电光调制器结构可以方便的与光互联系统中的波分复用器相集成,从而提升片上光互联系统的集成度和降低技术复杂性。     

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...     

SOI环形光波导谐振腔双层石墨烯调制器（英文）

在片上光互连系统中,电光调制器起到将电信号调制为光信号的作用,是光互联系统中的核心部件之一。调制器的3dB带宽决定着载波所能携带的最大信息量,是衡量调制器性能的核心参数。利用石墨烯和高Q环形谐振腔设计成具有CMOS结构的新型调制器,其集成了石墨烯的宽带吸收、载流子迁移率高等材料优势和高Q值环形光学谐振腔的光程放大的结构优势,通过理论计算,其3dB调制带宽可以达到100GHz。同时,基于微环谐振腔的石墨烯电光调制器结构可以方便的与光互联系统中的波分复用器相集成,从而提升片上光互联系统的集成度和降低技术复杂性。     

新型结构超宽带LiNbO3电光调制器的优化设计

采用有限元软件对新型结构的铌酸锂电光调制器进行了优化设计.分析表明,采用脊波导和T型电极相结合的方式,能在保持高的特征阻抗的同时有效的实现相速匹配和有效降低电极损耗,从而较好的提高器件性能,是一种比较有潜力的调制器.利用优化结果,给出一种带宽达153 GHz,半波电压为8.55 V,特征阻抗为44 Ω的调制器的设计例子.     

耦合微环谐振腔光波导有限尺寸效应的优化

对耦合微环谐振腔光波导中的有限尺寸效应进行了研究.在CMROW两端引入抗反射结构,采用数值方法对抗反射中的三个交叉耦合系数进行了优化,消除了透射谱和群时延谱的有限尺寸效应.数值计算得到了弱耦合和强耦合情况下抗反射结构中优化交叉耦合系数的拟合公式,可以直接计算出消除有限尺寸效应时所需的优化参量.     

硅基槽式微环谐振腔型偏振解复用器全矢量分析

提出一种紧凑型偏振解复用器, 其中两条常规硅基波导作为输入/输出信号通道, 居于其中的槽式微环谐振腔用于偏振态/波长选择组件. 采用全矢量频域有限差分法详细分析了硅基常规及槽波导的模式特性, 结果发现其横磁模的模场布及其有效折射率相似, 而其横电模相应的特性则差异明显, 结果输入横磁模能够在谐振工作波长下从下路端口输出, 而输入横电模与微环耦合可以忽略, 直接从直通端口输出, 从而实现两偏振态的高效分离. 采用全矢量时域有限差分法详细分析了该偏振解复用器的光波传输特性, 结果表明, 当微环半径为3.489 μm时, 在1.55 μm工作波长下, 横磁模与横电模的消光比与插入损耗分别为 ～ 26.12 (36.67) dB与 ～ 0.49 (0.09) dB. 另外, 论文详细讨论了器件关键结构参数的制作容差, 并给出了输入模场在器件中的传输演变情况.     

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.     

一种新型SOI Mach-Zehnder干涉型电光调制器的设计

在超紧缩双曲锥形3dB多模干涉耦合器的基础上,设计了一种新的Silicon-on-insulator (SOI) Mach-Zehnder干涉型电光调制器.与传统的Y分支器相比,双曲锥形3dB耦合器的制作容差大,而长度缩短了近30%,使得整个器件的尺寸大幅减小.调制区采用横向注入的PIN结构,模拟结果表明:当外加偏压为0.86V时,器件的调制深度最大,此时注入电流为13.2mA,对应的器件功耗为11.4mW.     

A Low-loss Electro-optic Waveguide Polymer Modulator and its Optimization Design

Generally, the core is made up of EO materials in electro-optic waveguide polymer modulators and thus lightwave carrier is modulated in the core. In this case, the loss from chromophores is often large because the most of light power are confined to cores. In order to reduce the optical loss, we presented an approach that the lightwave was modulated only in claddings; that is to say, the EO polymer is only used in claddings and the core material is low-loss passive. Results indicate the propagation loss of this kind of modulator is about 1/3 of the former. Although the modal overlap integral between the microwave and the lightwave weakened under this condition, it could be improved by optimizing the dimension of waveguide. Due to the lower propagation loss, the interaction length of the modulator may be lengthened. Thus, the half-wave voltage can be decreased further. Also, some considerations on optimization design of this modulator are discussed. Especially, the effect of conductor loss and velocity mismatching should be taken into account in order to achieve the theoretical optimal half-wave voltage and the device bandwidth.     

键合型有机/无机杂化材料加载条形波导电光调制器

相对于普通的有机/无机杂化材料,侧链键合型有机/无机杂化材料能提高生色团的掺杂浓度,避免出现结晶、相分离等现象,同时生色团极化有序性的弛豫因生色团运动受阻而降低,具有较高的热稳定性.本文采用溶胶凝胶法合成了一种性能优良、稳定的侧链键合型有机/无机杂化材料,并将这种材料应用于电光调制器的电光层,利用传统的半导体工艺,采用加载条形波导结构,成功制备了马赫-曾德尔(Mach-Zehnder,M-Z)型电光调制器.测试得到电光调制器在1 550 nm波长下10 kHz的响应信号,为键合型杂化材料应用于光电器件的进一步研究打下了基础.     

一种新的偏振无关电光调制器

提出一种全新的偏振无关强度调制器设计原理.这种调制器只需要一个电光晶体,不需要辅助偏振片,电极设计和制作相当简单.采用线性电光效应耦合波理论对光在调制器中的传播行为进行详细的研究,经过理论计算,发现光通过调制器后,出射的调制光强不依赖于入射光的偏振状态.最后,以4 mm晶系中的SBN和KNSBN为例,给出调制器在横向应用时电光晶体优化切割方案.     

瑞利布里渊光时域分析系统中电光调制器的理论模型与实验研究

瑞利布里渊光时域分析系统能够以非破坏性方式实现单光源、单端工作,利用强度型电光调制器同时调制脉冲基底和脉冲信号是获得该系统所需连续光和脉冲光的关键技术.本文理论分析、仿真和实验研究了一种将脉冲信号输入到电光调制器偏置端、微波信号输入到电光调制器射频端同时调制脉冲基底和脉冲信号的新调制方法,探讨了电光调制器用于瑞利布里渊光时域分析系统时的最佳工作点问题.结果表明,当调制脉冲基底和脉冲时分别将电光调制器偏置在传输曲线的谷点和峰点,并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度,可获得满足瑞利布里渊光时域分析系统要求的连续光和脉冲光.本文的研究结果为瑞利布里渊光时域分析系统的最佳化设计提供了理论依据.     

瑞利布里渊光时域分析系统中电光调制器的理论模型与实验研究

瑞利布里渊光时域分析系统能够以非破坏性方式实现单光源、单端工作,利用强度型电光调制器同时调制脉冲基底和脉冲信号是获得该系统所需连续光和脉冲光的关键技术.本文理论分析、仿真和实验研究了一种将脉冲信号输入到电光调制器偏置端、微波信号输入到电光调制器射频端同时调制脉冲基底和脉冲信号的新调制方法,探讨了电光调制器用于瑞利布里渊光时域分析系统时的最佳工作点问题.结果表明,当调制脉冲基底和脉冲时分别将电光调制器偏置在传输曲线的谷点和峰点,并根据实际系统的组成和性能指标要求选择合适的微波调制信号幅度,可获得满足瑞利布里渊光时域分析系统要求的连续光和脉冲光.本文的研究结果为瑞利布里渊光时域分析系统的最佳化设计提供了理论依据.     

1×|N 信道聚合物微环谐振器电光开关阵列的开关特性

利用耦合模理论、电光调制理论和微环谐振理论,提出了一个完善合理的聚合物微环谐振器电光开关阵列模型.该器件由1条水平信道、N条竖直信道和N个微环构成,在微环上施加不同方式的驱动电压,可以实现N＋1条信道的开关功能.以1×8信道结构为例,在1 550 nm谐振波长下对该器件进行了优化设计和模拟分析.其结果是：微环波导芯的截面尺寸为1.7×1.7 μm2,波导芯与电极间的缓冲层厚度为2.5 μm,电极厚度为0.2 μm,微环半径为13.76 μm,微环与信道间的耦合间距为0.14 μm,输出光谱的3 dB带宽约为0.05 nm,开关电压约为12.6 V,插入损耗约为0.67~1.26 dB,串扰小于－20 dB,开关时间约为11.35 ps.