[發明專利]一種馬赫-曾德爾硅光調制器

有效

• 申請號: 201210005489.2
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102636887A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 肖金標
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02F1/025
• 分類號: G02F1/025
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種用于光通信系統、光網絡技術及光電子集成領域的硅光調制器，屬于集成光學領域。

背景技術

光調制器是高速、長距離光通信的關鍵器件，也是最重要的集成光學器件之一。它是通過電壓或電場的變化調制輸出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。它所依據的基本理論是各種不同形式的電光效應、聲光效應、磁光效應、載流子色散效應等。

基于鈮酸鋰和III-V族半導體等材料的光調制器是目前最常用的光調制器，調制速度達到10Gbit/秒。然而，上述調制器為分立元件，不易于與其它光子器件實現單片集成。

硅光調制器與互補金屬氧化物半導體（CMOS）制造技術兼容，同時擁有電子和光子的優點。硅材料不同于高速光學調制的傳統材料的地方在于，其線性電光系數為0。盡管硅材料有相當的熱光系數，但是受材料固有的慢響應特性所限，熱光調制器無法實現高速光學調制。在硅材料上做高速光學調制的最有效手段是通過自由載流子等離子體色散效應。但是，相對于Ⅲ-Ⅴ族材料的電光效應，自由載流子等離子體色散效應依然比較弱。因此，需要設計合適的結構使得等離子體色散效應所產生的區域能夠對光場起到比較大的調制作用。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是針對等離子體色散效應相比于Ⅲ-Ⅴ族材料的電光效應依然比較弱的不足，而提出提高等離子體色散效應對光場作用區域的一種馬赫-曾德爾硅光調制器。

技術方案：?為解決上述技術問題，本發明提供了一種馬赫-曾德爾硅光調制器,該硅光調制器包括光輸入通道，與光輸入通道相連的多模干涉光分路器、多模干涉光耦合器、與多模干涉光耦合器相連的光輸出通道、脊光波導，多模干涉光分路器與多模干涉光耦合器通過脊光波導相連；

該硅光調制器還包括分別位于脊光波導兩側的陽極電極和陰極電極，以及位于脊光波導中的PN結相移臂。

優選的，PN結相移臂為“田”型，即由4個PN結組成，包括第一P摻雜區與第一N摻雜區形成的PN結、第二P摻雜區與第二N摻雜區形成的PN結、第一P摻雜區與第二N摻雜區形成的PN結、第二P摻雜區和第一N摻雜區形成的PN結；

“田”型PN結相移臂中的4個PN結被本征硅層分離；第一重P摻雜區和第二重P摻雜區分別引出電極短接作為陰極；第一重N摻雜區和第二重N摻雜區分別引出電極短接作為陽極。

有益效果：

1、采用“田”型PN結型相移臂，提高了等離子體色散效應對光場的作用區域，提升了單位長度相移臂的相移效率，從而減小了π相移臂長度，進而減小了器件的封裝系數。

2、采用“田”型PN結型相移臂，降低了PN結的接入電阻，相應的提高了調制器的截至頻率。

3、采用“田”型PN結型相移臂，當外加正、負電壓時，其都有兩個結作用，可以減少載流子的耗盡和注入結區的時間，進而可以提高調制速度。

附圖說明

圖1是采用“田”型PN結相移臂的馬赫-曾德爾硅光調制器實例。

圖2是“田”型PN結相移臂的結構圖；

圖3是常規PN結脊光波導中心附近某一位置靜態和外加反向電壓時的電子濃度分布圖；

圖4是相同位置下，仿真“田”型PN結脊光波導靜態和外加反向電壓時的電子濃度分布圖。

圖中

1.?光輸入通道；

2.?光輸出通道；

3.?多模干涉光分路器；

4.?多模干涉光耦合器；

5.?陽極電極；

6.?陰極電極；

7.?“田”型PN結相移臂；

8.?脊光波導；

9.?第一P摻雜硅；

10.?第一N摻雜硅；

11.?第一重P摻雜硅；

12.?第一重N摻雜硅；

13.?第二N摻雜硅；

14.?第二?P摻雜硅；

15.?第二重N摻雜硅；

16.?第二重P摻雜硅；

17.?本征硅；

18.?二氧化硅；

19.?硅襯底。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。