[实用新型]一种大带宽电光调制器

说明书

本实用新型公开了一种大带宽电光调制器。电光调制器为具有周期结构波导的电光相位调制器、马赫‑曾德型电光强度调制器和微环谐振腔型电光强度调制器，用调制电极向周期结构波导施加电场实现相位或者光强的调制，调制电极不与周期结构波导形成电连接；周期结构波导是沿传输方向以相同周期性或者变化周期布置的波导结构。本实用新型可用于光通信系统中的电光相位调制和电光强度调制，具有大工作带宽、低工作电压、低工作能耗、小器件尺寸、结构简单、设计简易、工艺简便等优点。

技术领域

本实用新型属于光通信技术领域，尤其是涉及了一种采用周期结构波导的大带宽电光调制器，适用于光通信系统中对光的相位和强度进行高速调制。

背景技术

21世纪是信息时代，随着互联网科技的飞速发展，对通信容量的需求日益增长。光通信技术凭借其低损耗、抗干扰、低串扰、高带宽等优点，成为目前通信的主流技术。光电器件是光通信技术中的核心器件，目前，各种光电功能器件性能指标难以满足日益增长的超高速传输需求，正成为超大容量光通信技术发展的瓶颈。硅基光子集成回路为此提供了解决方案，自其概念被提出以来就受到极大关注，并取得了相当显著的进展，特别是近年来硅光子技术的成熟，吸引了全世界相关行业的广泛关注。对于无源光子集成器件，硅光子技术具有先天优势，目前已实现了各类高性能器件。然而，对于有源器件，硅材料由于其自身特性受到限制。作为最重要的有源器件之一，硅基的电光调制器一直是急需突破的关键技术，其功能是实现电信号到光信号的转换，是发射机的核心元件。

实现高速光调制，最有效的一种方法是利用电光材料的电光效应，即在电光材料中，折射率变化与外加电场变化成线性关系。作为一种最常用的电光材料，铌酸锂已被广泛应用于商用的分立电光调制器器件。但硅材料几乎没有这种线性电光效应，因而无法直接用以实现基于电光效应的高速光调制器。方法之一是利用基于等离子体色散效应的技术，即：通过外加电场调控半导体内载流子浓度，从而引起半导体材料折射率实部和虚部变化，由此实现光调制功能。硅材料中载流子浓度调控是一个纳秒-皮秒量级的过程，可实现几十Gbps的高速光调制。对于已报道的基于等离子体色散效应的全硅调制器，其尺寸为10mm²左右，半波电压约8V，偏置电压约5V，同时需要较多热光相移器辅助工作，仍然存在器件尺寸较大、功耗较高、偏压高等缺点。因此，若综合考虑器件尺寸、功耗、驱动电压、插入损耗等指标，全硅调制器与已有的LiNbO₃基商用电光调制器仍然有较大差距。

在硅光子集成回路中另一种较具潜力的调制器实现方法，是将电光材料与硅纳米波导相结合。电光聚合物材料是一种常用在硅基集成器件上的电光材料，拥有电光系数大、薄膜工艺简单、与现有工艺基本集成等优点，非常适合制作低工作电压、高调制效率、小器件尺寸的调制器，同时由于电光聚合物材料通常是绝缘的介质，因此可以实现超低功耗的电光调制器。尽管目前已有一些硅-有机物混合型电光调制器相关报道，但仍然只是在调制带宽等单一性能指标的突破，在综合性能上仍存在诸多不足，因此硅基的大调制带宽、低工作电压、高调制效率、低工作能耗和小器件尺寸的电光调制器仍然是一个挑战。

实用新型内容

针对背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供了一种采用周期结构波导的大带宽电光调制器，可用于光通信系统中的电光相位调制和电光强度调制，可以拥有更大工作带宽、更小的驱动电压、更紧凑的尺寸和更低的工作能耗，同时本实用新型具有结构简单、设计简易、工艺简便等优点，在硅光子集成回路中，有着重要的作用。

本实用新型所采用的技术方案是：

所述大带宽电光调制器为具有周期结构波导的相位调制器、马赫-曾德型电光强度调制器和微环谐振腔型电光强度调制器，用调制电极向周期结构波导施加电场实现光的相位或者强度的调制，调制电极不与周期结构波导形成电连接。

所述的周期结构波导是由多个波导结构单元沿传输方向相同周期或者变化周期性布置的波导结构。波导结构单元的尺寸可以相同或者不同。一个周期内的不同波导结构单元或者宽度不等、或者高度不等、或者宽度和高度都不等。