[發明專利]大帶寬電光調制器

在審

• 申請號: 201710543809.2
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107290874A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 戴道鋅;吳昊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02F1/065
• 分類號: G02F1/065
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，尤其是涉及了一種采用周期結構波導的大帶寬電光調制器，適用于光通信系統中對光的相位和強度進行高速調制。

背景技術

21世紀是信息時代，隨著互聯網科技的飛速發展，對通信容量的需求日益增長。光通信技術憑借其低損耗、抗干擾、低串擾、高帶寬等優點，成為目前通信的主流技術。光電器件是光通信技術中的核心器件，目前，各種光電功能器件性能指標難以滿足日益增長的超高速傳輸需求，正成為超大容量光通信技術發展的瓶頸。硅基光子集成回路為此提供了解決方案，自其概念被提出以來就受到極大關注，并取得了相當顯著的進展，特別是近年來硅光子技術的成熟，吸引了全世界相關行業的廣泛關注。對于無源光子集成器件，硅光子技術具有先天優勢，目前已實現了各類高性能器件。然而，對于有源器件，硅材料由于其自身特性受到限制。作為最重要的有源器件之一，硅基的電光調制器一直是急需突破的關鍵技術，其功能是實現電信號到光信號的轉換，是發射機的核心元件。

實現高速光調制，最有效的一種方法是利用電光材料的電光效應，即在電光材料中，折射率變化與外加電場變化成線性關系。作為一種最常用的電光材料，鈮酸鋰已被廣泛應用于商用的分立電光調制器器件。但硅材料幾乎沒有這種線性電光效應，因而無法直接用以實現基于電光效應的高速光調制器。方法之一是利用基于等離子體色散效應的技術，即：通過外加電場調控半導體內載流子濃度，從而引起半導體材料折射率實部和虛部變化，由此實現光調制功能。硅材料中載流子濃度調控是一個納秒-皮秒量級的過程，可實現幾十Gbps的高速光調制。對于已報道的基于等離子體色散效應的全硅調制器，其尺寸為10mm²左右，半波電壓約8V，偏置電壓約5V，同時需要較多熱光相移器輔助工作，仍然存在器件尺寸較大、功耗較高、偏壓高等缺點。因此，若綜合考慮器件尺寸、功耗、驅動電壓、插入損耗等指標，全硅調制器與已有的LiNbO₃基商用電光調制器仍然有較大差距。

在硅光子集成回路中另一種較具潛力的調制器實現方法，是將電光材料與硅納米波導相結合。電光聚合物材料是一種常用在硅基集成器件上的電光材料，擁有電光系數大、薄膜工藝簡單、與現有工藝基本集成等優點，非常適合制作低工作電壓、高調制效率、小器件尺寸的調制器，同時由于電光聚合物材料通常是絕緣的介質，因此可以實現超低功耗的電光調制器。盡管目前已有一些硅-有機物混合型電光調制器相關報道，但仍然只是在調制帶寬等單一性能指標的突破，在綜合性能上仍存在諸多不足，因此硅基的大調制帶寬、低工作電壓、高調制效率、低工作能耗和小器件尺寸的電光調制器仍然是一個挑戰。

發明內容

針對背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供了一種采用周期結構波導的大帶寬電光調制器，可用于光通信系統中的電光相位調制和電光強度調制，可以擁有更大工作帶寬、更小的驅動電壓、更緊湊的尺寸和更低的工作能耗，同時本發明具有結構簡單、設計簡易、工藝簡便等優點，在硅光子集成回路中，有著重要的作用。

本發明所采用的技術方案是：

所述大帶寬電光調制器為具有周期結構波導的相位調制器、馬赫-曾德型電光強度調制器和微環諧振腔型電光強度調制器，用調制電極向周期結構波導施加電場實現光的相位或者強度的調制，調制電極不與周期結構波導形成電連接。

所述的周期結構波導是由多個波導結構單元沿傳輸方向相同周期或者變化周期性布置的波導結構。波導結構單元的尺寸可以相同或者不同。一個周期內的不同波導結構單元或者寬度不等、或者高度不等、或者寬度和高度都不等。

所述具有周期結構波導的相位調制器包括包層結構及其被包覆在包層結構內的輸入波導、周期結構波導、第一調制電極、第二調制電極和輸出波導；輸入波導、周期結構波導和輸出波導依次相連，第一調制電極和第二調制電極分別位于周期結構波導附近的兩側。兩側可以是沿傳輸方向的左右兩側或上下兩側。