【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光通信器件，更具体地，涉及一种硅基电光调制器。
技术介绍
1、在近十几年中，随着人工智能技术，第五代移动通信技术，高清流媒体等技术的飞速发展。计算中心和数据中心内部的带宽需求不断增长，这对于互联链路收发机的性能提出了更为严苛的要求。由于芯片的制程已经很难再提高，基于电信号的短距离互联已经达到了速率的瓶颈。由于基于硅光子学的光互连技术拥有着与cmos工艺兼容的特性，使其成为了目前最主流的光互连平台。
2、在硅光调制器芯片中，调制器常用的光学结构有两种，分别为马赫-曾德尔干涉仪(mach–zehnder interferometer，mzi)型和微环谐振腔(micro-ring resonator，mrr)型；mzi型调制器中，利用改变调制臂波导中的有效折射率，改变传输光相位，通过mzi两臂光的干涉实现强度调制。但目前主流的利用载流子色散效应的耗尽型pn结相移器的折射率变化量很小，需要很长的相移臂才可以获得足够大的调制深度。这将带来很大的占地面积和电学带宽以及功耗的开销。而mrr型调制器中，利用改变微环波导折射率，改变mrr中谐振光场的干涉状态，通过从微环交叉耦合进入总线波导的谐振光场与总线波导中直通的输入光场的干涉实现强度调制。在实际的调制过程中，调制带宽即输出场的变化速度依赖于mrr内谐振光场的改变速度，也就是mrr的光子寿命。而若为了提高带宽而降低光子寿命也将同时降低质量因子q，这将导致mrr透射谱斜率的大幅衰减，从而带来调制信号调制深度的代价。综上所述无论是mzi型调制器还是mrr型调制器的调制带宽
3、基于上述硅基调制器存在的问题，有学者提出诸如马赫-曾德尔干涉仪耦合微环调制器和微环协助的马赫-曾德尔调制器等结构。
4、(1)在马赫-曾德尔耦合微环调制器中，利用马赫-曾德尔调制器(mach-zehndermodulator，mzm)当作微环谐振腔的定向耦合器。通过对mzm进行调制，改变微环谐振腔的耦合系数，进而改变微环谐振腔内耦合进总线波导的谐振光场强度与总线波导中直通的输入光场强度，导致二者的干涉光场发生变化实现强度调制。与传统mrr型调制器不同的是，这种耦合调制的方式的带宽与mrr内谐振光场的改变速度无关，只取决于耦合系数的改变速度，也就是mzm的带宽。同时微环谐振腔是高q的微环，可以增加充当耦合器的mzm调制信号的调制深度。但同样由于耗尽型pn结相移器的折射率变化量很小，虽然可以使调制段长度减小一个数量级，但这种结构仍然有很大的电学代价。
5、(2)在微环协助的马赫-曾德尔调制器结构中，利用微环调制器(micro ringmodulator，mrm)充当mzm调制臂的相移器。当注入光波长与mrm的中心波长对准时mrm可以起到相位调制的作用，通过对mrm进行相位调制，改变mzm两臂的相位差，通过mzm两臂光的干涉实现强度调制。与传统mzm相比，利用mrm的相位变化充当相移器可以极大的减小调制区的长度。若使整体结构有一个理想的调制深度，则还需要利用高q微环或者利用多个微环进行级联，但这会带来额外的光学带宽开销或插入损耗开销。
6、但是，上述的马赫-曾德尔耦合微环调制器和微环协助的马赫-曾德尔调制器结构中均无法同时达到具有理想的带宽与能耗。因此，上述结构的带宽与能耗还是紧密相关的，不能突破能耗-带宽极限。
技术实现思路
1、针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于一种硅基电光调制器，旨在解决传统硅基调制器结构的调制带宽与能耗的限制。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种硅基电光调制器，包括：输入波导1、输入定向耦合器2、马赫-曾德尔干涉仪的外臂3和内臂5、调制微环4、输出定向耦合器7、谐振微环8和输出波导9；
3、所述输入波导1与所述输入定向耦合器2的输入端相接；所述内臂5与所述输入定向耦合器2的交叉耦合端相接；所述外臂3与所述输入定向耦合器2的直通端相接；所述调制微环4位于所述外臂3和/或内臂5的一侧，并与所述外臂3和/或内臂5相耦合；所述输出定向耦合器7的输入端与所述外臂3相接；所述输出定向耦合器7的反向耦合端与所述内臂5相接；所述谐振微环8与所述输入定向耦合器2的反向耦合端相接；所述谐振微环8与所述输出定向耦合器7的交叉耦合端相接；所述输出波导9与所述输出定向耦合器7的直通端相接；
4、所述马赫-曾德尔干涉仪的外臂3和内臂5、所述调制微环4、所述输入定向耦合器2以及所述输出定向耦合器7共同作为谐振微环8的等效定向耦合器；
5、所述调制微环4采用过耦合的低q值微环，用于作为马赫-曾德尔耦合微环调制器的相移器，进行相位调制，改变所述外臂3和内臂5的相位差，以改变等效定向耦合器的耦合系数；
6、所述谐振微环8采用高q值微环，以使其耦合状态对耦合系数变化敏感，从而增加调制深度。
7、可选的，所述调制微环4设有掺杂区10，用于形成pn结，通过施加电压改变载流子浓度，改变所述硅基电光调制器的有效折射率。
8、可选的，所述掺杂区具有p型轻掺杂区、p型重掺杂区、n型轻掺杂区和n型重掺杂区；所述p型轻掺杂区与n型轻掺杂区形成pn结，所述p型重掺杂区与n型重掺杂区与过孔形成欧姆接触，以增大电子迁移率和减小电阻。
9、可选的，所述谐振微环8、调制微环4的四周设置加热器，用于加热调制各微环的中心波长；所述谐振微环8的谐振波长与所述调制微环4的谐振波长对准，并且均等于输入的激光波长。
10、可选的，所述输入定向耦合器2与所述输出定向耦合器7的分光比均为50％。
11、可选的，所述调制微环4仅设置于所述外臂3的外侧或内侧时，作为外臂调制微环41，所述外臂调制微环41与所述外臂3相耦合。
12、可选的，所述调制微环4仅设置于所述内臂5的外侧或内侧时，作为内臂调制微环6，所述内臂调制微环6与所述内臂5相耦合。
13、可选的，所述调制微环4包括多个，分别设置于所述外臂3和内臂5的外侧或内侧时，分别作为外臂调制微环41和内臂调制微环6，所述外臂调制微环41与所述外臂3相耦合，所述内臂调制微环6与所述内臂5相耦合。
14、可选的，所有波导结构均为脊型波导结构。
15、可选的，所述输入定向耦合器2与所述输出定向耦合器7位于所述谐振微环8的不同侧。
16、通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
17、1、本专利技术实施例提供了一种硅基电光调制器，采用硅基微环协助的马赫-曾德尔谐振仪耦合微环调制器结构，利用高q谐振微环增加微环协助的马赫-曾德尔耦合调制器结构输出光信号的调制深度，可以降低对调制微环相移量的要求；通过使用强过耦合低q的调制微环，兼具低q值和低插损的特点，通过很小的光学带宽与插损的代价实现更短的相移区长度。本专利技术实施例提出一种硅基电光调制器，具体为微环协助的马赫-曾德尔耦合微环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅基电光调制器，其特征在于，包括：输入波导(1)、输入定向耦合器(2)、马赫-曾德尔干涉仪的外臂(3)和内臂(5)、调制微环(4)、输出定向耦合器(7)、谐振微环(8)和输出波导(9)；
2.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述调制微环(4)设有掺杂区(10)，用于形成PN结，通过施加电压改变载流子浓度，改变所述硅基电光调制器波导的有效折射率。
3.如权利要求2所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述掺杂区具有P型轻掺杂区、P型重掺杂区、N型轻掺杂区和N型重掺杂区；所述P型轻掺杂区与N型轻掺杂区形成PN结，所述P型重掺杂区与N型重掺杂区用于与过孔形成欧姆接触，以增大电子迁移率和减小电阻。
4.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述谐振微环(8)、调制微环(4)的四周设置加热器，用于加热调制各微环的中心波长；所述谐振微环(8)的谐振波长与所述调制微环(4)的谐振波长对准，并且均等于输入的激光波长。
5.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述输入定向耦合器(2)与所述输出定向耦合器(7)的分光
6.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述调制微环(4)仅设置于所述外臂(3)的外侧或内侧时，作为外臂调制微环(41)，所述外臂调制微环(41)与所述外臂(3)相耦合。
7.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述调制微环(4)仅设置于所述内臂(5)的外侧或内侧时，作为内臂调制微环(6)，所述内臂调制微环(6)与所述内臂(5)相耦合。
8.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述调制微环(4)包括多个，分别设置于所述外臂(3)和内臂(5)的外侧或内侧时，分别作为外臂调制微环(41)和内臂调制微环(6)，所述外臂调制微环(41)与所述外臂(3)相耦合，所述内臂调制微环(6)与所述内臂(5)相耦合。
9.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所有波导结构均为脊型波导结构。
10.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述输入定向耦合器(2)与所述输出定向耦合器(7)位于所述谐振微环(8)的不同侧。
...【技术特征摘要】
1.一种硅基电光调制器，其特征在于，包括：输入波导(1)、输入定向耦合器(2)、马赫-曾德尔干涉仪的外臂(3)和内臂(5)、调制微环(4)、输出定向耦合器(7)、谐振微环(8)和输出波导(9)；
2.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述调制微环(4)设有掺杂区(10)，用于形成pn结，通过施加电压改变载流子浓度，改变所述硅基电光调制器波导的有效折射率。
3.如权利要求2所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述掺杂区具有p型轻掺杂区、p型重掺杂区、n型轻掺杂区和n型重掺杂区；所述p型轻掺杂区与n型轻掺杂区形成pn结，所述p型重掺杂区与n型重掺杂区用于与过孔形成欧姆接触，以增大电子迁移率和减小电阻。
4.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述谐振微环(8)、调制微环(4)的四周设置加热器，用于加热调制各微环的中心波长；所述谐振微环(8)的谐振波长与所述调制微环(4)的谐振波长对准，并且均等于输入的激光波长。
5.如权利要求1所述的硅基电光调制器，其特征在于，所述输入定向耦合器(2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：张敏明，孙志涵，周致远，郑爽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。