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双层硅基马赫-曾德尔电光调制器的动态性能

宋牟平  谢杭  杨纪超  
【摘要】:硅光波导和光子器件具有大折射率差和紧凑尺寸,可进行大规模集成,硅光子被认为是新一代大规模光电集成技术。其中一个重要的器件是基于自由载流子等离子色散效应的电光调制器,采用MOS电容电极结构的马赫-曾德尔调制器(MZM),可实现10GHz以上的高速调制,但在具体制作前要得到光电相互作用的静态和动态性能数据。这里采用有限元方法,通过构建一整套的光和电结合模拟方法,对一种双硅层的MOS电容电极MZM进行了理论研究。研究结果表明,在-2V驱动电压作用下,当掺杂浓度为1×1015cm-3时,有效折射率变化值约为1.05×10-5,其实现Vπ所需的单臂调制臂长为3.68cm,损耗小于0.84dB/cm;而当掺杂浓度为5×1015cm-3时,其有效折射率变化只有0.86×10-5左右,实现Vπ所需的单臂调制臂长需4.51cm,损耗约为1.36dB/cm,但是其调制速度要快于掺杂浓度为1×1015cm-3时的MZM。在不同的电极结构下,调制后光折射率变化的上升和下降时间可从几十皮秒变为几百皮秒。

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