[發明專利]基于環腔的電吸收調制器

有效

• 申請號: 201110256183.X
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102338940A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 孫長征;劉冬;熊兵;羅毅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02F1/017
• 分類號: G02F1/017;G02B6/122
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及光電子集成器件技術領域，特別涉及一種基于環腔的電吸收調制器。

背景技術

調制器是數字光通信系統、光纖無線電技術(RoF)及片上互連中的核心器件之一。這些應用都要求調制器具有高調制效率、低驅動電壓、低功耗等特性。同時隨著光電子集成度的發展，要求器件體積更小，更易集成。數字通信鏈路中，低驅動電壓調制器意味著低驅動電壓，低驅動電路能耗，并且易于與CMOS集成電路兼容。模擬鏈路中，調制器的調制效率是決定鏈路性能的關鍵參數，低驅動電壓調制器可以帶來高鏈路增益、低高信噪比、大動態范圍等優勢。因此，低驅動電壓調制器一直是研究的熱點。

用于制作的外調制器結構主要分為兩類：干涉型和電吸收型，分別以基于多量子阱材料電光效應的Mach-Zehdner調制器和利用量子限制Stark效應的多量子阱(MQW)電吸收(EA)調制器為代表。干涉型調制器雖然具有對工作波長不敏感、啁啾可調的特性，但存在制作困難、器件尺寸較大等缺點。而電吸收調制器因為具有器件尺寸小、啁啾可控、制作工藝簡單等優點，已被廣泛地應用，但由于受限于插入損耗和帶寬等因素，降低驅動電壓存在困難。

目前，光纖通信最常用的是基于MQW的EA調制器，其工作原理是量子限制斯塔克效應(QCSE)。由于量子阱的限制作用，量子阱材料的吸收邊具有非常陡峭的激子吸收峰。當施加垂直于量子阱方向的外加電場時，量子阱能帶發生傾斜，激子吸收峰向長波長方向移動，同時吸收邊變緩，這就是QCSE效應。如果將輸入光的波長選定在EA調制器量子阱材料激子吸收峰的長波長處，則在不加外偏壓的條件下，EA調制器吸收小，輸出光功率強。在外加偏壓作用下，EA調制器吸收峰紅移，對光的吸收增加，輸出光功率變弱。為了達到一定的消光比，器件長度一般大于100μm。可以通過增加吸收長度降低驅動電壓，但同時會增加插入損耗和調制帶寬的降低。

近些年來，諧振型調制器由于其靈敏度高和體積小等優勢受到廣泛的重視，環腔調制器是諧振腔調制器中較為典型的一類。環腔調制器的結構如圖1所示，其中環腔結構與輸入輸出直路波導以一定的耦合效率進行耦合。工作時，輸入光由直路波導輸入，直路透過光與繞腔傳播不同次數的耦合輸出光產生干涉，導致直路波導的輸出光隨腔內的光程及損耗改變而改變。目前，將環腔應用于調制器都是利用改變腔內的折射率來改變透過光的原理。折射率的變化一般通過等離子效應或電光效應實現。當波長處于諧振處時，透過系數隨傳播系數的改變而迅速變化，從而可以達到降低驅動電壓的目的。但目前還沒有將環腔與EA調制器相結合的單片集成光電子器件。與傳統直路EA調制器相比，將環腔應用于EA調制器具有降低等效半波電壓和減小器件體積的優勢。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何提高電吸收調制器的調制效率，并降低電吸收調制器的尺寸及集總電路電容參數。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于環腔的電吸收調制器，所述電吸收調制器包括：相互耦合的電吸收波導和直路輸入輸出波導，所述電吸收波導為環腔結構。

優選地，所述電吸收波導的外延結構包括依次外延生長在N型襯底上的下包層、下波導層、多量子阱有源層、上波導層、上包層和歐姆接觸層，所述歐姆接觸層連接P電極，所述N型襯底連接N電極。

優選地，所述直路輸入輸出波導與所述電吸收波導的外延結構相同。

優選地，所述微環電吸收部分通過選擇區域生長的方式增加所述多量子阱有源層的厚度，使熒光波長較所述直路輸入輸出波導紅移，以減小直路輸入輸出波導的傳輸損耗。

優選地，所述電吸收波導和直路輸入輸出波導之間的光強耦合系數的取值范圍為0.01～0.8。

優選地，所述環腔結構為圓形環。

優選地，所述圓形環的一段為光放大段，并在所述光放大段兩端設置電隔離區。

優選地，所述環腔結構由直波導段和扇形波導段組成。

優選地，所述電吸收波導和直路輸入輸出波導均采用脊波導結構。

(三)有益效果

本發明的優勢在于：1)利用了直路輸入輸出波導和基于環腔的電吸收波導的耦合作用，由于直路透過光與繞腔傳播不同次數的耦合輸出光產生干涉，由于環腔的諧振特性，使透過光對腔內的損耗相比一般電吸收調制器敏感，從而提高調制效率；2)將電吸收調制器中的電吸收波導做成環腔結構后，器件尺寸可以減少一個數量級，降低了集總電路電容參數，具有高頻調制的潛能。

附圖說明