硅基微環(huán)耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)及應(yīng)用.pdf

1、硅基光器件以其低功耗、低成本、微型化、與傳統(tǒng)CMOS工藝兼容的優(yōu)勢，成為未來光通信技術(shù)發(fā)展中不可或缺的一部分。而作為光傳輸網(wǎng)絡(luò)中電光、光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，調(diào)制器的性能好壞將會(huì)影響著整個(gè)光通信系統(tǒng)的優(yōu)劣。所以對調(diào)制器件性能提升的研究具有很大的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景，一直以來都是光器件中的研究熱點(diǎn)。
　　本論文以硅基耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)為主要研究對象，采用傳輸矩陣方法分析了耦合調(diào)制的原理，發(fā)現(xiàn)耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)具有不同于傳統(tǒng)微環(huán)/微盤諧振腔的諧振特性。

2、通過對器件各模塊的細(xì)致選型與論證，通過設(shè)計(jì)和加工，制成了基于載流子耗盡pn結(jié)的單驅(qū)動(dòng)推挽型耦合調(diào)制器。
　　文中展示了一種基于MZI耦合器和跑道型微環(huán)的低電壓驅(qū)動(dòng)、高速率硅基耦合調(diào)制器。通過靜態(tài)測試、小信號測試和高速信號調(diào)制測試，發(fā)現(xiàn)調(diào)制器具有優(yōu)秀的性能。其具有超過30 GHz的電-光3 dB帶寬，遠(yuǎn)大于器件中微環(huán)本身的諧振線寬。在驅(qū)動(dòng)電壓僅為0.4 V時(shí)，器件也可以實(shí)現(xiàn)32 Gbit/s的高速調(diào)制；而在驅(qū)動(dòng)電壓為3 V時(shí)，器件還

3、可以實(shí)現(xiàn)BPSK的調(diào)制。文中對調(diào)制器的能耗進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)器件在以上兩種電壓下的能耗僅為13.3 fJ/bit和1.2 pJ/bit。
　　在微波光子學(xué)中，移相器是一種非?；A(chǔ)的器件。而微波光子移相也是耦合調(diào)制結(jié)構(gòu)的另一個(gè)重要應(yīng)用。通過對器件的MZI耦合器兩臂進(jìn)行相對的調(diào)節(jié)，可以改變微環(huán)的耦合狀態(tài)，使其在欠耦合和過耦合狀態(tài)之間切換，可以對高達(dá)25 GHz的RF輸入信號實(shí)現(xiàn)精確的π相移。同時(shí)，通過一定的方式使用3個(gè)直流電壓對MZI耦