[發明專利]基于微環結構的硅基電光調制器及其調制方法

在審

• 申請號: 202211249271.1
• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115598871A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 周林杰;朱新喜;冉詩環;陸梁軍;陳建平;劉嬌
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02F1/035
• 分類號: G02F1/035;G02F1/03
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于微環結構的硅基電光調制器及其調制方法，所述硅基微環調制器包括一條直波導以及與其靠近的環形波導，所述的環形波導包括多段調制區，調制區采用耗盡型PN二極管結構，且相鄰兩段調制區的P型摻雜區分別在微環內外兩側，N型摻雜區相反。具體來講，若該段調制區的P型摻雜區位于微環內側，N型摻雜區位于微環外側，則其相鄰段調制區PN結的P型摻雜區位于微環外側，N型摻雜區位于微環內側。相鄰兩段調制區通過分布在重摻雜區上方的金屬電極形成串聯，本發明提供的硅基微環電光調制器，通過PN結分段串聯的方式，減小了結電容，提升了硅基微環調制器的帶寬，有利于實現更高碼率的信號調制。

技術領域

本發明涉及集成光電子的技術領域，尤其是一種基于微環結構的硅基電光調制器及其調制方法。

背景技術

硅基光電子技術是以硅為主要材料的低成本、高速、低功耗光通信器件實現技術。光通信技術快速發展，在當前光通信系統和調制格式越來越復雜的情況下，光通信芯片和可插拔模塊正在向800Gbit/s快速發展。硅基光電子技術擁有光的極高帶寬、超快速率和高抗干擾特性以及微電子技術在大規模集成、低能耗、低成本等方面的優勢,能滿足未來高速光通信系統和大容量光互連系統應用。

電光調制器作為光通信系統中的核心元器件，一直是光通信領域的研究熱點。硅光調制器主要分為諧振型和干涉型。干涉型調制器比如馬赫曾德爾調制器，主要是基于馬赫曾德爾干涉結構，通過改變干涉光之間的相位差來改變干涉后的光強。諧振型調制器比如微環調制器，主要是基于微環諧振結構，通過調節諧振波長從而改變輸出光強。干涉型調制器比較容易實現高的調制速率，并且工藝穩定性和熱穩定性都較好，但是干涉型調制器的尺寸一般比較大；而諧振型調制器的尺寸比較小，容易實現更高密度的集成。

發明內容

本發明提供了一種提升硅基微環調制器帶寬的方法，該硅基微環調制器通過將調制區分為若干段，若干段調制區通過位于每段調制區重摻雜區域上方的電極形成串聯，通過結電容分段串聯減小了總電容。雖然分段串聯時電阻也會增加，但由于驅動電信號源內阻通常為50歐姆，所以系統整體的RC響應時間會減小，而調制器電學(EE)響應帶寬反比于RC響應時間，因此調制電光(EO)響應帶寬會增加。

本發明可以通過以下技術方案實現：

一種基于微環結構的硅基微環調制器，其特點在于包括一根直波導和一根環形波導，所述的環形波導有多段調制區。

進一步，所述的調制區采用耗盡型PN結構。

進一步，所述的多段調制區，第2n-1段調制區的P型摻雜區位于環形波導外側，N型摻雜區位于環形波導內側；第2n段調制區的P型摻雜區位于環形波導內側，N型摻雜區位于環形波導外側，n為正整數。

進一步，位于環形波導兩側重摻雜區上方均分布有通孔和金屬電極相連。

進一步，第2n-1段調制區與第2n段調制區內側重摻雜區上方的金屬電極直接相連。第2n段調制區與第2n+1段調制區外側重摻雜區上方的金屬電極直接相連。

本發明還提供對于上述硅基微環調制器的調制電信號加載方法，包括

對于有偶數段調制區的環形波導，調制電信號加載到首段和末段調制區外側重摻雜區上方的電極。對于有奇數段調制區的環形波導，調制電信號加載到首段調制區外側重摻雜區上方的電極和末段調制區內側重摻雜區上方的電極。

本發明和現有技術相比，有益效果主要體現在如下方面：

本發明在現有工藝的基礎上，通過將微環調制器環形波導的調制區分為若干段，通過位于調制區重摻雜區域上方的電極形成串聯結構。利用PN結電容串聯，減小了總電容，從而提升了硅基微環電光調制器的帶寬。在常規微環調制器的基礎上利用該分段串聯電極設計可進一步提升帶寬，能達到85GHz以上。

附圖說明

圖1為基于1段調制區的微環調制器總體結構示意圖