一种大光学带宽硅基慢波电光调制器

本发明涉及电光调制，具体涉及一种硅基慢波电光调制器。

背景技术：

1、随着云计算、大数据及人工智能等技术的迅速发展，数据中心对于更快数据传输与互联的需求也在逐年攀升。当前，广泛用于芯片间、芯片与模块间的互联接口的电互联方案存在高功耗以及长距离驱动能力不足等问题。而光互联作为新型的信息载体，有望突破电学的限制，实现传输速率更快，系统能效更高，易于大规模集成的互联系统，成为当前和未来海量数据传输的可行解决方案。电光调制器作为大规模片上光互连网络芯片中一个重要的单元器件，起到将数据从电信号加载到光信号上的功能。而由于硅基电光调制器具有工艺兼容的优势，更利于大规模集成，实现多通道高速率传输。等离子体色散效应的硅基电光调制器，通过施加电压调制载流子的变化实现对光的调制。

2、目前被广泛采用的硅基电光调制器根据不同的光学结构，一般可分为基于马赫曾德尔干涉结构的硅马赫曾德尔调制器和基于谐振结构的电光调制器。虽具有较宽光学带宽的典型特点，但mzm同时存在占地面积大、驱动电压高和功耗高等问题。与传统的 mzm 相比，基于谐振结构的调制器以微环调制器为代表，具有占地面积小、功耗低的优点。然而，mrm光带宽窄，对温度变化非常敏感。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提出了一种大光学带宽硅基慢波电光调制器，具有小尺寸、高调制效率、高速等优点。

2、本发明是通过以下技术来实现的：

3、一种大光学带宽硅基慢波电光调制器，包括马赫曾德尔调制单元和电极，所述调制单元包括分束器、合束器、调制臂；所述的分束器，用于将待调制光分束；所述调制臂用于调制分束后的待调制光；所述的合束器，用于将调制后的光进行合并；所述调制臂包括平板层和脊波导，所述脊波导是具有布拉格光栅谐振器的光栅慢波波导, 所述脊波导的布拉格光栅结构在输入输出端是脊刻蚀宽度渐变的光栅波导输入输出；所述电极结构采用高频gssg行波电极传输高速射频信号。

4、所述的大光学带宽硅基慢波电光调制器，沿所述脊波导的水平方向，脊的宽度在第一宽度和第二宽度之间呈现周期性变化，所述第一宽度为0.38μm，所述第二宽度为0.8μm。

5、所述脊波导的总高度为0.22μm，所述平板层的高度为0.09μm，脊的高度为0.13μm。

6、所述脊波导掺杂包括p++、p+、p、n、n+和n++掺杂区；其中，p和n掺杂区为轻掺杂区，用来形成pn结，对称设置在所述脊形波导中心的两侧；p++和n++掺杂区为重掺杂区，用来形成欧姆接触，对称设置在所述脊形波导层的两端；p+掺杂区连接p掺杂区和p++掺杂区，n+掺杂区连接n掺杂区和n++掺杂区。

7、所述硅基慢波电光调制器基于几百微米数量级的长度，具有56ghz的电光带宽和20nm的光学带宽。

8、所述的大光学带宽硅基慢波电光调制器，包括：分束器，用于将待调制光分成两束光；第一调制臂，用于对其中一束光进行调制；第二调制臂，用于对另一束光进行调制；合束器，用于将调制后的两束光进行合并；其中，所述第一调制臂和所述第二调制臂具有所述调制臂的结构。

9、所述硅基调制器使用的高频电极为gssg行波电极结构，用来传输高速射频信号。

10、与现有的技术相比，本发明带来的有益效果：

11、1）本发明实施例采用硅光平台，硅光平台具有损耗低、集成密度高和cmos兼容等诸多优点。

12、2）本发明在波导输入输出段采用的渐变刻蚀光栅具有减弱背向散射拓展光学带宽的优点。

13、3）本发明在低电压偏置下具有高带宽的优势，可实现低功耗大规模数据传输。

技术特征：

1.一种大光学带宽硅基慢波电光调制器，其特征在于，包括马赫曾德尔调制单元和电极，所述调制单元包括分束器、合束器、调制臂；所述的分束器，用于将待调制光分束；所述调制臂用于调制分束后的待调制光；所述的合束器，用于将调制后的光进行合并；所述调制臂包括平板层和脊波导，所述脊波导是具有布拉格光栅谐振器的光栅慢波波导, 所述脊波导的布拉格光栅结构在输入输出端是脊刻蚀宽度渐变的光栅波导输入输出；所述电极结构采用高频gssg行波电极传输高速射频信号。

2.根据权利要求1所述的大光学带宽硅基慢波电光调制器，其特征在于，沿所述脊波导的水平方向，脊的宽度在第一宽度和第二宽度之间呈现周期性变化，所述第一宽度为0.38μm，所述第二宽度为0.8μm。

3.根据权利要求2所述的大光学带宽硅基慢波电光调制器，其特征在于，所述脊波导的总高度为0.22μm，所述平板层的高度为0.09μm，脊的高度为0.13μm。

4.根据权利要求1所述的大光学带宽硅基慢波电光调制器，其特征在于，所述脊波导掺杂包括p++、p+、p、n、n+和n++掺杂区；其中，p和n掺杂区为轻掺杂区，用来形成pn结，对称设置在所述脊形波导中心的两侧；p++和n++掺杂区为重掺杂区，用来形成欧姆接触，对称设置在所述脊形波导层的两端；p+掺杂区连接p掺杂区和p++掺杂区，n+掺杂区连接n掺杂区和n++掺杂区。

5.根据权利要求1-4任一项所述的大光学带宽硅基慢波电光调制器，其特征在于，所述硅基慢波电光调制器基于几百微米数量级的长度，具有56ghz的电光带宽和20nm的光学带宽。

6.根据权利要求1-5任一项所述的大光学带宽硅基慢波电光调制器，其特征在于，包括：分束器，用于将待调制光分成两束光；第一调制臂，用于对其中一束光进行调制；第二调制臂，用于对另一束光进行调制；合束器，用于将调制后的两束光进行合并；其中，所述第一调制臂和所述第二调制臂具有所述调制臂的结构。

7.根据权利要求6所述的大光学带宽硅基慢波电光调制器，其特征在于，所述硅基调制器使用的高频电极为gssg行波电极结构，用来传输高速射频信号。

技术总结
本发明公开了一种大光学带宽硅基慢波电光调制器，包括马赫曾德尔调制单元和电极，所述调制单元包括分束器、合束器、调制臂；所述的分束器，用于将待调制光分束；所述调制臂用于调制分束后的待调制光；所述的合束器，用于将调制后的光进行合并；所述调制臂包括平板层和脊波导，所述脊波导是具有布拉格光栅谐振器的光栅慢波波导,所述脊波导的布拉格光栅结构在输入输出端是脊刻蚀宽度渐变的光栅波导输入输出；所述电极结构采用高频GSSG行波电极传输高速射频信号。本发明具有小尺寸、高调制效率、高速等优点。

技术研发人员：何赛灵,唐小燕,金毅
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24