無啁啾高速低功耗硅基微環(huán)電光調(diào)制研究.pdf

1、光調(diào)制器是光互聯(lián)、光通信和光信號處理的核心器件之一。硅基光子學(xué)近年來發(fā)展迅猛,為研制可大規(guī)模集成的高速光調(diào)制器提供了機(jī)遇。研究表明,利用硅材料的等離子色散效應(yīng),可以用于實現(xiàn)高速硅基調(diào)制器。
　　本文圍繞硅基微環(huán),設(shè)計可以產(chǎn)生不同碼型的調(diào)制器結(jié)構(gòu),設(shè)計調(diào)制器的功耗與可支持帶寬之間的折衷關(guān)系,探索硅基調(diào)制器的電學(xué)結(jié)構(gòu)。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)單環(huán)歸零(RZ)調(diào)制器的設(shè)計和研究提出了一種基于單環(huán)雙耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)的

2、無啁啾RZ調(diào)制。這種調(diào)制結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于,只需一個微環(huán)即能產(chǎn)生包含RZ-OOK和RZ-PSK信號在內(nèi)的多種RZ碼型。通過靜態(tài)分析和基于時間耦合模理論的動態(tài)分析,理論上觀察了該調(diào)制結(jié)構(gòu)的功耗和帶寬等性能。分析表明,通過在輸入輸出耦合區(qū)加載不同極性的NRZ和時鐘信號,這樣單環(huán)結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)三種不同的RZ碼型:歸零相位調(diào)制信號(RZ-PSK)、載波抑制歸零調(diào)制信號(CSRZ)和歸零幅度調(diào)制信號(RZ-OOK)。仿真給出了調(diào)制速率為10Gbit/s

3、下各種碼型的調(diào)制結(jié)果,驗證了設(shè)計的可行性。
　　(2)雙環(huán)耦合調(diào)制器的設(shè)計與分析為了研究調(diào)制器調(diào)制功耗和可支持帶寬之間的折衷關(guān)系,我們設(shè)計了一種雙環(huán)耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中,中間波導(dǎo)分別和上下兩環(huán)耦合形成一個三端口耦合區(qū)。理論分析和仿真結(jié)果表明該雙環(huán)耦合調(diào)制器的調(diào)制效率和可支持的調(diào)制帶寬與耦合區(qū)的耦合系數(shù)的設(shè)置有關(guān)。當(dāng)耦合系數(shù)設(shè)置使得此調(diào)制結(jié)構(gòu)可支持較高的調(diào)制帶寬時,其所需的調(diào)制功耗高;當(dāng)通過調(diào)節(jié)耦合系數(shù)降低該調(diào)制結(jié)構(gòu)的調(diào)制功耗

4、時,它能支持的調(diào)制帶寬較小。通過對這些結(jié)果的觀察,初步印證了關(guān)于功耗和帶寬存在折衷關(guān)系的猜想。
　　(3)硅基調(diào)制器的中新型電學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用為了今后對調(diào)制器制備作鋪墊,我們還嘗試了對電學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究。我們利用電學(xué)仿真軟件,了解周期交趾pn結(jié)結(jié)構(gòu)具有高的調(diào)制效率的優(yōu)點(diǎn)。我們設(shè)計了一種基于PIN二極管或PIP結(jié)的硅基線性電極。它的特點(diǎn)是中間本征區(qū)寬度沿波導(dǎo)縱向線性變大。加載電壓后,可引起載流子濃度沿波導(dǎo)方向發(fā)生階梯變化。其直接應(yīng)用