電光調(diào)制器，一種通過外部手段改變材料折射率的光電子器件，常用于電信號與光信號轉(zhuǎn)換過程。現(xiàn)實當中電光調(diào)制器種類繁多，諸如鈮酸鋰基的電光調(diào)制器、硅基的電光調(diào)制器、基于等離子共振色散的電光調(diào)制器等等。然而，這些調(diào)制器原理不一樣，這造就了分析調(diào)制器的原理和方法不能放之四海而皆準，必然是針對具體問題要采用特定的方法和技巧。考慮到硅基電光調(diào)制器的成熟工藝，下文將展現(xiàn)仿真硅基電光調(diào)制的整個流程。后面若有機會再分享鈮酸鋰基電光調(diào)制器和基于等離子共振色散的電光調(diào)制器。

在這里，硅基調(diào)制器的幾何結(jié)構(gòu)以發(fā)表在Photonic research【High-speed silicon photonic Mach–Zehnder modulator at 2 μm】的文章為案例。具體參數(shù)如下圖所示：

其中，不同區(qū)域的載流子濃度如下表格所示：

接下來，我們使用Charge模塊分析電壓驅(qū)動下硅材料的復(fù)數(shù)折射率的變化。當然，有些研究者比較理想化地考慮電驅(qū)動硅材料的摻雜載流子對其折射率的影響，往往采用下面的公式進行計算：

這樣的公式把摻雜硅材料理想花為具有電氣化過程的Drude材料模型。但是，我們希望計算薛定諤方程等方式，更加真實反應(yīng)摻雜硅材料在電驅(qū)動下的折射率改變情況。因此，我們在charge模塊中構(gòu)建了幾何模型，如下圖所示。

通過施加不同的電壓，得到的載流子分布圖如下：

這些圖證明該模型在分析摻雜硅料構(gòu)建的電光調(diào)制能夠被電壓驅(qū)動。然后把載流子分布數(shù)據(jù)導(dǎo)出來，在Mode Solution里面分析模式有效折射率變化。

在Mode Solution里構(gòu)建波導(dǎo)幾何結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入載流子分布數(shù)據(jù)之后圖如下所示。硅材料與載流子分布數(shù)據(jù)在一起之后，通過掃描驅(qū)動電壓就可以獲得模式有效折射率變化。

接下，把折射率變化數(shù)據(jù)導(dǎo)入Interconnect中做長距離【L=5mm】的傳輸效率計算

到這里就已經(jīng)從模式分析、電壓驅(qū)動摻雜過程、電壓驅(qū)動模式有效折射率變化以及長距離的傳輸效率把摻雜硅基電光調(diào)制器進行全過程分析了一遍。盡管如此，限于篇幅，詳細的過程在后面繼續(xù)介紹。

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