基于SOI的高速集成光波導調制器件的研究.pdf

1、高速光調制器對光交叉、光互聯系統的構建起到了十分重要的作用，是當前光通信網絡的核心器件。得益于集成光子學的發(fā)展，集成光調制器件的研究倍受重視。其中，基于絕緣體上硅(Silicon on Insulator，SOI)平臺的光波導調制器具有尺寸小、功耗低、集成度高、響應速率快等優(yōu)點，成為了國內外的研究焦點。但是，SOI光調制器在傳輸損耗、尺寸、功耗、調制深度等方面都需要進一步的改善與提高。本論文主要圍繞這些問題，提出了如下的改進措施和設計思

2、路，并對基于不同工作機理的（熱光、載流子色散、電光、全光）SOI光波導調制器進行了理論分析和實驗研究。
　　提出了一種基于光子-表面等離子激元（Surface Plasmon Polariton，SPP）混合集成的1×2馬赫-曾德爾干涉(Mach-Zehnder Interference，MZI)型熱光開關。其中，介質沉積型SPP波導構成相位調制臂，其余部分由Si波導組成。相較于傳統的硅基熱光調制器，該開關結合了Si波導傳輸損耗低

3、和介質沉積型SPP波導尺寸小、熱光調制效率高的優(yōu)勢。其調制臂長只有70μm，開關功耗僅為7mW，響應時間是6.7μs，且器件的插損被有效地控制在10dB以內。
　　提出了一種基于重摻雜Si波導的載流子色散型n-p-n結等離子吸收調制器。通過重摻雜使Si獲得金屬性質，可以支持SPP波的傳輸，并且利用其強模場束縛能力大大減小調制器的尺寸。相較于普通的p-i-n型硅基調制器，超高載流子摻雜濃度可以使該器件的調制消光比獲得很大提升。多物理

4、場的仿真結果表明，盡管這種器件的調制區(qū)域僅有1μm2，然而其調制深度可以達到25dB，且具有2GHz的調制頻率。
　　針對Si材料電光性質弱的缺陷，提出了一種Si波導與摻鑭的鋯鈦酸鉛(PLZT)電光薄膜相結合的異質結型電光環(huán)形調制器。采用折射率大的Si作為芯層可以有效地減小器件尺寸，而選擇電光系數高的PLZT薄膜作為包層則能夠使器件獲得明顯的電光效應。此外，通過電極結構的優(yōu)化可以得到32dB的大調制深度和14GHz的高調制頻率。同

5、時，文中還設計了一種基于SPP波導的非對稱Au-PLZT-Au電光環(huán)形調制器，可進一步發(fā)揮PLZT優(yōu)異的電光特性及SPP波導對光場的強束縛能力，該調制器的尺寸只有20μm2，而調制深度則高于25dB。
　　提出了一種低功耗、高集成度的Si-SPP混合結構全光調制器，并實驗上研制出了其中的關鍵核心元件——等離子Fano共振型光波導調制單元。該器件利用結構緊湊的Au等離子納米諧振腔進行調制，由低損耗的Si波導進行信號傳遞。實現了信號光