[发明专利]一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器

说明书

本发明公开了一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器，该电光调制器的波导结构在GSGSG的行波电极的各地线和信号线的各个间隙中穿过，对每一分光进行至少一次调制，充分利用了行波电极结构。与现有的每一束分光仅进行一次调制，调制区域的长度为行波电极长度的电光调制器相比，本实施例提供的电光调制器在电光调制器整体尺寸未增加的条件下，提高了耗尽型硅基电光调制器调制区的调制效率。

技术领域

本发明实施例涉及硅基光电子技术领域，尤其是涉及一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器。

背景技术

硅基光电子集成采用传统微电子领域的硅材料作为光电子功能材料，具有尺寸小、成本低、易集成、与CMOS工艺兼容、稳定性好等优点，被视为光通信中光互连成本和功耗瓶颈的理想解决方案。硅基电光调制器是硅基光电子集成中的代表性器件，成为学术界研究的热点。由于硅是中心反演对称晶体，没有线性电光效应，而高阶电光效应又非常微弱，只能通过其他效应来实现光调制。硅基电光调制往往利用硅材料中的自由载流子的等离子色散效应，即当硅中自由载流子浓度发生变化时，硅的折射率就会随之发生变化。

载流子浓度调制方式有注入式、积累式和耗尽式，光学结构主要有马赫曾德干涉仪(MZI)和微环谐振腔两种。注入式结构通常在波导平板区做P型和N型掺杂，中间脊型区作为I区，在外加正偏电压的作用下，载流子(电子和空穴)从波导两侧的平板区注入到脊型区，从而引起波导有效折射率的变化。注入式结构其载流子的改变区与光波导中的光场模式有很大的重叠积分，具有较高的调制效率，但是受限于较缓慢的载流子注入过程，调制速率仅仅能达到几GHz。积累式结构通常需要在脊型波导内形成一个氧化层，平板区做P型和N型掺杂，形成一种近似电容的结构，外加正向电压，产生近似于电容充放电的效应，改变氧化层附近的载流子浓度。该结构可以实现较高的调制速率，然后由于载流子浓度改变的区域与光场重叠较少，该结构调制效率受限。耗尽式结构需要在波导的平板区和脊型区都进行掺杂，脊型区内形成PN结。外加反偏电压，随着PN结反偏电压的升高，载流子耗尽区越来越大，从而导致波导有效折射率的变化。基于反偏PN结结构载流子的耗尽速度很快，因此调制速率通常较高，可以达到几十GHz，能应用于高速数据传输。然而，该结构由于调制速率有限，因此器件长度较大，通常需要结合行波电极结构。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有的耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器未充分利用行波电极进行电光调制，调制效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何解决现有的耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器未充分利用行波电极进行电光调制，调制效率较低的问题。

针对以上技术问题，本发明的实施例提供了一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器，包括行波电极、波导结构、第一耦合器和第二耦合器；

所述行波电极包括第一地线，在所述第一地线的一侧沿着第一方向依次设置的第一信号线和第二地线，以及在所述第一地线的另一侧沿着第二方向依次设置的第二信号线和第三地线；

所述波导结构为连接第一耦合器输出端和第二耦合器输入端并且在行波电极的各地线和信号线的各个间隙中穿过的波导结构。

可选地，所述波导结构包括设置在所述第一地线和所述第一信号线之间的第一调制区波导、设置在所述第一信号线和所述第二地线之间的第二调制区波导、设置在所述第一地线和所述第二信号线之间的第三调制区波导、设置在所述第二信号线和所述第三地线之间的第四调制区波导；

所述波导结构还包括第一连接波导和第二连接波导，所述第一连接波导连通所述第一耦合器的第一输出端、所述第一调制区波导、所述第二调制区波导和所述第二耦合器的第一输入端，使得由所述第一输出端输出的第一分光经过所述第一调制区波导和所述第二调制区波导后从所述第一输入端输入所述第二耦合器；