基于SOI脊型波導(dǎo)的跑道型諧振腔電光調(diào)制器.pdf

1、隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展,高密度集成、高可靠性、智能化和低成本的集成光互連網(wǎng)絡(luò)成為光通信系統(tǒng)的發(fā)展方向,光互連代替電互連成為了一種必然趨勢(shì)。由于光子器件可以突破摩爾定律的限制,在增加數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸速率的同時(shí),還具有節(jié)省功耗、防止頻率串?dāng)_的優(yōu)點(diǎn);不僅能保證長(zhǎng)距離互連的密度、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性,還能實(shí)現(xiàn)超小尺寸器件的大規(guī)模集成,成為了目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。絕緣體上硅(Silicon-on-Insulator,SOI)材料的高折射率差、光場(chǎng)局

2、域能力強(qiáng)、波導(dǎo)的彎曲損耗小,有利于制備超小尺寸的器件結(jié)構(gòu)。此外,SOI材料與CMOS工藝兼容,可實(shí)現(xiàn)集成光子器件的高密度集成、超小型化、批量化生產(chǎn)。基于SOI材料的光學(xué)諧振腔在濾波、光開關(guān)、調(diào)制器、探測(cè)器等集成光互連網(wǎng)絡(luò)主要部件中具有廣泛應(yīng)用。然而,基于跑道型諧振腔的電光調(diào)制器相關(guān)研究較少。因此,本文順應(yīng)硅基集成光互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì),針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的重要功能器件—電光調(diào)制器,開展了基于SOI脊型波導(dǎo)的跑道型諧振腔電光調(diào)制器的相關(guān)研究,充分利

3、用了跑道型諧振腔長(zhǎng)耦合區(qū)域的優(yōu)勢(shì),有效提高了調(diào)制器的消光比、調(diào)制深度以及調(diào)制速率等性能。
　　本文利用Rsoft和FDTD仿真軟件對(duì)脊型波導(dǎo)的單模態(tài)及光場(chǎng)在跑道型諧振腔內(nèi)的傳輸情況進(jìn)行了仿真,并分析了跑道型諧振腔的諧振特性以及獨(dú)特的模式分離特性,設(shè)計(jì)了調(diào)制器的光學(xué)結(jié)構(gòu)。分析了P-I-N結(jié)的導(dǎo)電機(jī)理以及等離子體色散效應(yīng),確定了載流子濃度變化與波導(dǎo)折射率系數(shù)變化的相互關(guān)系,并利用SilvicoTCAD軟件對(duì)P-I-N結(jié)的I-V特性進(jìn)行

4、了仿真,確定了基于SOI脊型波導(dǎo)的跑道型諧振腔電光調(diào)制器的電學(xué)結(jié)構(gòu)參數(shù)。然后根據(jù)設(shè)計(jì)的跑道型諧振腔及P-I-N結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù),結(jié)合MEMS加工工藝,制備出了完整的基于SOI脊型波導(dǎo)的跑道型諧振腔電光調(diào)制器芯片。進(jìn)行了SOI脊型波導(dǎo)跑道型諧振腔的諧振特性及模式分離特性測(cè)試,調(diào)制器的靜態(tài)頻移特性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性測(cè)試。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了制備出的調(diào)制器性能良好,并與同一批加工制備出的環(huán)形諧振腔電光調(diào)制器進(jìn)行了對(duì)比(環(huán)形諧振腔與跑道型諧振腔的周長(zhǎng)近似相等)