一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器
本专利技术实施例涉及硅基光电子
，尤其是涉及一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器。
技术介绍
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。在实现本专利技术实施例的过程中，专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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；所述第二连接波导连通所述第一耦合器的第二输出端、所述第三调制区波导、所述第四调制区波导和所述第二耦合器的第二输入端，使得由所述第二输出端输出的第二分光经过所述第三调制区波导和所述第四调制区波导后从所述第二输入端输入所述第二耦合器；其中，所述第一方向和所述第二方向相反。可选地，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，包括：所述第一输出端连接所述第一调制区波导的第一端，所述第一调制区波导的第二端连接所述第二调制区波导的第二端，所述第二调制区波导的第一端连接所述第一输入端；其中，所述第一调制区波导的第一端和所述第二调制区波导的第一端均靠近所述第一输出端；所述第一调制区波导的第二端和所述第二调制区波导的第二端均靠近所述第一输入端。可选地，所述第二调制区波导的第一端连接所述第一输入端，包括：所述第二调制区波导的第一端由从所述第二地线中远离所述第一地线的一侧绕过所述第二地线的第一连接波导连接至所述第一输入端。可选地，所述第二连接波导连通所述第一耦合器的第二输出端、所述第三调制区波导、所述第四调制区波导和所述第二耦合器的第二输入端，包括：所述第二输出端连接所述第三调制区波导的第一端，所述第三调制区波导的第二端连接所述第四调制区波导的第二端，所述第四调制区波导的第一端连接所述第二输入端；其中，所述第三调制区波导的第一端和所述第四调制区波导的第一端均靠近所述第二输出端；所述第三调制区波导的第二端和所述第四调制区波导的第二端均靠近所述第二输入端。可选地，所述第四调制区波导的第一端连接所述第二输入端，包括：所述第四调制区波导的第一端由从所述第三地线中远离所述第一地线的一侧绕过所述第三地线的第二连接波导连接至所述第二输入端。可选地，包括：输入到所述第一耦合器的输入光经所述第一耦合器分为第一分光和第二分光；所述第一分光经所述第一调制区波导和所述第二调制区波导调制后，从所述第一输入端输入所述第二耦合器，所述第二分光经所述第三调制区波导和所述第四调制区波导调制后，从所述第二输入端输入所述第二耦合器；所述第二耦合器将由第一输入端和第二输入端输入的两束光合并为输出光输出。可选地，所述第一调制区波导、所述第二调制区波导、所述第三调制区波导和所述第四调制区波导均为脊形波导。可选地，所述第一调制区波导、所述第二调制区波导、所述第三调制区波导和所述第四调制区波导中的任一波导结构均包括重掺杂P区、重掺杂N区、轻掺杂P区和轻掺杂N区；其中，重掺杂P区和重掺杂N区均分别与所述行波电极中的金属电极形成欧姆接触，轻掺杂P区和轻掺杂N区的交界处形成PN结电学调制结构，轻掺杂P区和重掺杂P区交界处、轻掺杂N区和重掺杂N区交界处均为平板波导。可选地，还包括：所述第一地线和所述第二地线之间的掺杂区域关于所述第一信号线对称，所述第一地线和所述第三地线之间的掺杂区域关于所述第二信号线对称。可选地，所述第一耦合器包括Y分支波导，所述第二耦合器包括多模干涉仪。本专利技术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，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。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一个实施例提供的耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种耗尽型行波硅基马赫增德尔电光调制器，其特征在于，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。2.根据权利要1所述的电光调制器，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；所述第二连接波导连通所述第一耦合器的第二输出端、所述第三调制区波导、所述第四调制区波导和所述第二耦合器的第二输入端，使得由所述第二输出端输出的第二分光经过所述第三调制区波导和所述第四调制区波导后从所述第二输入端输入所述第二耦合器；其中，所述第一方向和所述第二方向相反。3.根据权利要2所述的电光调制器，其特征在于，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，包括：所述第一输出端连接所述第一调制区波导的第一端，所述第一调制区波导的第二端连接所述第二调制区波导的第二端，所述第二调制区波导的第一端连接所述第一输入端；其中，所述第一调制区波导的第一端和所述第二调制区波导的第一端均靠近所述第一输出端；所述第一调制区波导的第二端和所述第二调制区波导的第二端均靠近所述第一输入端。4.根据权利要3所述的电光调制器，其特征在于，所述第二调制区波导的第一端连接所述第一输入端，包括：所述第二调制区波导的第一端由从所述第二地线中远离所述第一地线的一侧绕过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周治平，李田甜，孙晖，
申请(专利权)人：北京协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11