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本期我們針對(duì)硅光調(diào)制器的幾種常見的光學(xué)結(jié)構(gòu)，如微環(huán)諧振腔、馬赫-曾德爾干涉儀、慢光諧振腔以及邁克爾遜干涉儀等，簡單闡述這些結(jié)構(gòu)的基本原理、調(diào)制機(jī)制、優(yōu)缺點(diǎn)、性能參數(shù)和應(yīng)用范圍。等硅基光電調(diào)制器的常見光學(xué)結(jié)構(gòu)1.

值得注意的是，一種采用布拉格光柵慢光結(jié)構(gòu)的全硅電光調(diào)制器最近實(shí)現(xiàn)了110GHz的大3-dB帶寬；然而，這是以78V的高半波電壓為代價(jià)的。本研究不僅實(shí)現(xiàn)了卓越的110GHz帶寬，更將半波電壓顯著降低至2.1V。基于拓?fù)洳▽?dǎo)慢光效應(yīng)的MZM調(diào)制器，標(biāo)志著在調(diào)制效率與帶寬領(lǐng)域取得重大突破。

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(hào)與光信號(hào)轉(zhuǎn)換過程。現(xiàn)實(shí)當(dāng)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(zhǔn)，必然是針對(duì)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(gè)流程。

通過先進(jìn)微/納米制造技術(shù)已實(shí)現(xiàn)集成調(diào)制器，例如基于硅的MZM可提供高集成密度且兼容成熟CMOS工藝，而基于III-V族材料的MZM雖因高載流子遷移率支持寬電光帶寬，卻存在溫度敏感性高的問題。

空間光調(diào)制器(SLM.0002 v1.1) 應(yīng)用示例簡述 1. 系統(tǒng)細(xì)節(jié)? 光源— 高斯光束? 組件— 反射型空間光調(diào)制器組件及后續(xù)的2f系統(tǒng)? 探測(cè)器— 視覺感知的仿真— 電磁場(chǎng)分布? 建模/設(shè)計(jì)— 場(chǎng)追跡：? 一個(gè)SLM像素陣列處光傳播的仿真，仿真中包括了SLM像素間無功能間隔引起的衍射效應(yīng)。

傳統(tǒng)的晶體鈮酸鋰已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但是晶體鈮酸鋰的制備方法無法制備高折射率差的光波導(dǎo)。最近在制備技術(shù)方面的發(fā)展使薄膜鈮酸鋰平臺(tái)成為超緊湊和高性能集成光子元件的極佳選擇。在本文中，我們展示了如何使用我們的有限元集成開發(fā)環(huán)境（IDE）來仿真鈮酸鋰薄膜光波導(dǎo)中的電光調(diào)制。本工作中進(jìn)行的模擬包括兩個(gè)主要階段：電學(xué)和光學(xué)。下面是所模擬的調(diào)制器的示意圖。

光束整形＞衍射光學(xué) 任務(wù)/系統(tǒng)說明 亮點(diǎn) ?使用空間光調(diào)制器（SLM）模擬光束整形?研究SLM像素間非功能性間距的影響 說明：光源 說明：SLM像素陣列 說明：傅立葉透鏡 說明：探測(cè)器 結(jié)果：3D系統(tǒng)視圖

上一期我們介紹了光學(xué)調(diào)制的基本概念并總結(jié)了電光調(diào)制中常用的物理效應(yīng)，對(duì)于硅材料而言，主要的電光效應(yīng)包括克爾效應(yīng)、弗朗茲-－凱爾迪什（F-K）效應(yīng)、量子限制斯塔克（QCSE）效應(yīng)和等離子體色散（PD）效應(yīng)等，但體硅材料中克爾效應(yīng)和F-K效應(yīng)都非常微弱，因此硅基高速電光調(diào)制一般都利用硅材料的等離子體色散效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)調(diào)制。

②在1.31~1.55 um的通信波長范圍內(nèi)，硅中的F-K 效應(yīng)幾乎為零。③硅中的克爾效應(yīng)是10-4數(shù)量級(jí)小于等離子體色散效應(yīng)的10-3數(shù)量級(jí)。因此，多數(shù)硅基電光調(diào)制器都是通過等離子體色散效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。

并且，在今年1月份 ，高塔半導(dǎo)體聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備公司瞻博網(wǎng)絡(luò)(Juniper Networks)推出硅光子代工工藝，該工藝集成了III-V族激光器、放大器調(diào)制器和探測(cè)器。硅光子技術(shù)主要是利用現(xiàn)有CMOS 集成電路類似的技術(shù)來設(shè)計(jì)和制造光器件和光電集成電路。

基于TFLN的馬赫-曾德爾調(diào)制器（MZM）已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)，其最佳性能：電光帶寬>100GHz且驅(qū)動(dòng)電壓<1V。除了性能優(yōu)化外，對(duì)工作點(diǎn)，即直流（DC）偏置點(diǎn)的主動(dòng)控制對(duì)于MZM設(shè)計(jì)至關(guān)重要，這要求干涉儀兩臂之間存在理想的初始相位差。例如，對(duì)于強(qiáng)度調(diào)制器，DC偏置點(diǎn)通常控制在正弦響應(yīng)的正交點(diǎn)；而對(duì)于相干調(diào)制器，則常控制在零透射點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這種低速相位控制，通常在硅調(diào)制器上使用熱光（TO）效應(yīng)。

步驟5：緊湊模型和電路仿真 使用前面步驟的仿真結(jié)果，我們?yōu)?INTERCONNECT 中構(gòu)成完整調(diào)制器電路的波導(dǎo)、光調(diào)制器和行波電極導(dǎo)入緊湊模型參數(shù)。然后可以在穩(wěn)態(tài)和時(shí)域中執(zhí)行電路仿真，以獲得光傳輸與偏置和頻率的關(guān)系以及眼圖。

說明 在本例中，我們仿真了使用BaTiO2的鐵電波導(dǎo)調(diào)制器，BaTiO2是一種折射率因外加電場(chǎng)而發(fā)生變化的材料。該器件的結(jié)構(gòu)基于文獻(xiàn)[1]。我們模擬并分析了給定工作頻率下波導(dǎo)調(diào)制器的有效折射率與電壓的關(guān)系。 背景 鐵電波導(dǎo)由硅層和玻璃襯底上的BiTiO3（也稱為BTO）層組成。

本文以兩種結(jié)構(gòu)類型為例，分別為集成鍺光電探測(cè)器的硅光波導(dǎo)[3]和使用二極管和集成傳輸線的相移光強(qiáng)度調(diào)制器，以提供可變電場(chǎng)作為器件電輸入[4]。研究了兩種結(jié)構(gòu)變化。對(duì)于集成鍺探測(cè)器的硅波導(dǎo)，比較使用大接觸面積頂部接觸和在結(jié)構(gòu)邊緣使用通孔進(jìn)行頂部接觸，研究頂部接觸設(shè)計(jì)對(duì)光學(xué)性能的影響。圖 2顯示了一種變體的示例。在這種情況下，使用了基于水平集的工藝仿真器。 圖 2.

本文以兩種結(jié)構(gòu)類型為例，分別為集成鍺光電探測(cè)器的硅光波導(dǎo)[3]和使用二極管和集成傳輸線的相移光強(qiáng)度調(diào)制器，以提供可變電場(chǎng)作為器件電輸入[4]。研究了兩種結(jié)構(gòu)變化。對(duì)于集成鍺探測(cè)器的硅波導(dǎo)，比較使用大接觸面積頂部接觸和在結(jié)構(gòu)邊緣使用通孔進(jìn)行頂部接觸，研究頂部接觸設(shè)計(jì)對(duì)光學(xué)性能的影響。圖 2顯示了一種變體的示例。在這種情況下，使用了基于水平集的工藝仿真器。圖 2.

定義光柵區(qū)域的調(diào)制函數(shù) ? 打開光波導(dǎo)組件中區(qū)域的編輯對(duì)話框；光柵特性和查找表存儲(chǔ)在光柵區(qū)域中。? 編輯光柵參數(shù)調(diào)制功能，使其定義為可編程功能，光柵參數(shù)的預(yù)期線性調(diào)制由開始和結(jié)束位置的值定義（EPE 從左到右邊界，外耦合器從上到下）。

定義光柵區(qū)域的調(diào)制函數(shù) ? 打開光波導(dǎo)組件中區(qū)域的編輯對(duì)話框；光柵特性和查找表存儲(chǔ)在光柵區(qū)域中。 ? 編輯光柵參數(shù)調(diào)制功能，使其定義為可編程功能，光柵參數(shù)的預(yù)期線性調(diào)制由開始和結(jié)束位置的值定義（EPE 從左到右邊界，外耦合器從上到下）。

如果我們想構(gòu)建一個(gè)包含大量組件的光網(wǎng)絡(luò)，就需要一種更具可擴(kuò)展性的方法。基于目前互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）制造平臺(tái)的集成硅光子學(xué)是一個(gè)很有前途的候選方案，適合大規(guī)模生產(chǎn)高度小型化的光學(xué)元件。與自由空間的馬赫-曾德爾調(diào)制器類似，基于波導(dǎo)耦合器的集成馬赫-曾德爾調(diào)制器具有相同的光學(xué)功能，但體積要小4個(gè)數(shù)量級(jí)。這使得設(shè)計(jì)光學(xué)芯片成為可能。

此用例展示了如何使用連續(xù)變化的填充因子值優(yōu)化光波導(dǎo)，以獲得足夠的均勻性。 任務(wù)描述 光波導(dǎo)組件 使用光波導(dǎo)組件，可以輕松定義具有復(fù)雜形狀區(qū)域的光波導(dǎo)系統(tǒng)。此外，這些區(qū)域可以配備理想化或真實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)，以充當(dāng)輸入耦合器、輸出耦合器或出瞳擴(kuò)展器。

此用例展示了如何使用連續(xù)變化的填充因子值優(yōu)化光波導(dǎo)，以獲得足夠的均勻性。 任務(wù)描述 光波導(dǎo)組件 使用光波導(dǎo)組件，可以輕松定義具有復(fù)雜形狀區(qū)域的光波導(dǎo)系統(tǒng)。此外，這些區(qū)域可以配備理想化或真實(shí)的光柵結(jié)構(gòu)，以充當(dāng)輸入耦合器、輸出耦合器或出瞳擴(kuò)展器。