硅基馬赫曾德爾電光調(diào)制器的高速電路研究.pdf

1、硅基光子學(xué)近年來發(fā)展迅速，由于硅是微電子加工的傳統(tǒng)材料，有著無可比擬的低成本優(yōu)勢，所以為研制可集成的高速電光調(diào)制器提供了機遇。電光調(diào)制器是光通信、光互連和光信號處理的核心器件，特別是基于等離子色散效應(yīng)的硅基電光調(diào)制器具有較高的調(diào)制速率和低成本批量化生產(chǎn)潛力，應(yīng)用前景廣泛。
　　論文圍繞著硅基馬赫曾德爾調(diào)制器，分析了行波電極的相關(guān)理論，仿真優(yōu)化了調(diào)制器芯片的片上電學(xué)互連線；提出了單端推挽的行波電極結(jié)構(gòu)，并以此基礎(chǔ)設(shè)計了一種四相移鍵控

2、(QPSK)調(diào)制器芯片；設(shè)計了兩種用于集成的調(diào)制器高速驅(qū)動電路。論文主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　（1）硅基馬赫曾德爾調(diào)制器芯片的高速電路相關(guān)研究
　　主要分析仿真并優(yōu)化了調(diào)制器芯片的片上電學(xué)部分。首先分析了行波電極的主要特性和等效電路模型。通過理論計算得出電阻、電感和電容的數(shù)值，并分析不同數(shù)值的電抗參數(shù)對其特性的影響，結(jié)果表明PN結(jié)的等效電容值和行波電極的等效電感影響較大。之后優(yōu)化了調(diào)制器芯片的兩種常用行波電極結(jié)構(gòu)(CP

3、S和CPW)，片上高速微波互連線以及I/O接口部分。結(jié)果表明其阻抗匹配在50歐姆附近，正向傳輸系數(shù)S21和反射系數(shù)S11均符合低損耗要求，片上電學(xué)部分的整體3dB帶寬在30GHz以上。
　?。?）單端推挽工作的行波電極設(shè)計
　　為了實現(xiàn)高效緊湊的QPSK調(diào)制器，本人設(shè)計出了一種單端推挽形式的行波電極結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中電極置于馬赫曾德爾兩臂的外側(cè)，兩臂中間的平板層摻雜形成導(dǎo)體與外部的直流偏置信號相連。優(yōu)化后的仿真和實驗結(jié)果表明

4、電極的阻抗在50歐姆附近，阻抗匹配良好。通過實驗測試，基于此電極的馬赫曾德爾調(diào)制器可以實現(xiàn)20Gb/s的調(diào)制速率。在此單端推挽行波電極為基礎(chǔ)，本人還設(shè)計了QPSK調(diào)制器。
　?。?）調(diào)制器芯片的驅(qū)動電路設(shè)計
　　為了實現(xiàn)調(diào)制器芯片的電光集成模塊，本人提出了兩種高速驅(qū)動電路的設(shè)計。方案一采用分布式電路原理構(gòu)成偏置三通(bias-tee),并以 Ga As晶體管為基礎(chǔ)組成放大器。方案二采用商用的驅(qū)動放大器芯片與bias-tee芯