[发明专利]一种马赫-曾德尔硅光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光通信系统、光网络技术及光电子集成领域的硅光调制器，属于集成光学领域。

背景技术

光调制器是高速、长距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。它是通过电压或电场的变化调制输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件。它所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、载流子色散效应等。

基于铌酸锂和III-V族半导体等材料的光调制器是目前最常用的光调制器，调制速度达到10Gbit/秒。然而，上述调制器为分立元件，不易于与其它光子器件实现单片集成。

硅光调制器与互补金属氧化物半导体（CMOS）制造技术兼容，同时拥有电子和光子的优点。硅材料不同于高速光学调制的传统材料的地方在于，其线性电光系数为0。尽管硅材料有相当的热光系数，但是受材料固有的慢响应特性所限，热光调制器无法实现高速光学调制。在硅材料上做高速光学调制的最有效手段是通过自由载流子等离子体色散效应。但是，相对于Ⅲ-Ⅴ族材料的电光效应，自由载流子等离子体色散效应依然比较弱。因此，需要设计合适的结构使得等离子体色散效应所产生的区域能够对光场起到比较大的调制作用。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是针对等离子体色散效应相比于Ⅲ-Ⅴ族材料的电光效应依然比较弱的不足，而提出提高等离子体色散效应对光场作用区域的一种马赫-曾德尔硅光调制器。

技术方案： 为解决上述技术问题，本发明提供了一种马赫-曾德尔硅光调制器,该硅光调制器包括光输入通道，与光输入通道相连的多模干涉光分路器、多模干涉光耦合器、与多模干涉光耦合器相连的光输出通道、脊光波导，多模干涉光分路器与多模干涉光耦合器通过脊光波导相连；

该硅光调制器还包括分别位于脊光波导两侧的阳极电极和阴极电极，以及位于脊光波导中的PN结相移臂。

优选的，PN结相移臂为“田”型，即由4个PN结组成，包括第一P掺杂区与第一N掺杂区形成的PN结、第二P掺杂区与第二N掺杂区形成的PN结、第一P掺杂区与第二N掺杂区形成的PN结、第二P掺杂区和第一N掺杂区形成的PN结；

“田”型PN结相移臂中的4个PN结被本征硅层分离；第一重P掺杂区和第二重P掺杂区分别引出电极短接作为阴极；第一重N掺杂区和第二重N掺杂区分别引出电极短接作为阳极。

有益效果：

1、采用“田”型PN结型相移臂，提高了等离子体色散效应对光场的作用区域，提升了单位长度相移臂的相移效率，从而减小了π相移臂长度，进而减小了器件的封装系数。

2、采用“田”型PN结型相移臂，降低了PN结的接入电阻，相应的提高了调制器的截至频率。

3、采用“田”型PN结型相移臂，当外加正、负电压时，其都有两个结作用，可以减少载流子的耗尽和注入结区的时间，进而可以提高调制速度。

附图说明

图1是采用“田”型PN结相移臂的马赫-曾德尔硅光调制器实例。

图2是“田”型PN结相移臂的结构图；

图3是常规PN结脊光波导中心附近某一位置静态和外加反向电压时的电子浓度分布图；

图4是相同位置下，仿真“田”型PN结脊光波导静态和外加反向电压时的电子浓度分布图。

图中

1. 光输入通道；

2. 光输出通道；

3. 多模干涉光分路器；

4. 多模干涉光耦合器；

5. 阳极电极；

6. 阴极电极；

7. “田”型PN结相移臂；

8. 脊光波导；

9. 第一P掺杂硅；

10. 第一N掺杂硅；

11. 第一重P掺杂硅；

12. 第一重N掺杂硅；

13. 第二N掺杂硅；

14. 第二 P掺杂硅；

15. 第二重N掺杂硅；

16. 第二重P掺杂硅；

17. 本征硅；

18. 二氧化硅；

19. 硅衬底。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。