李金野　于麗娟　劉建國(guó)

摘要：雷達(dá)、電子對(duì)抗、無(wú)線通信正向著寬帶化、集成化、陣列化的方向快速發(fā)展，對(duì)電光調(diào)制器的帶寬、半波電壓、尺度等提出了更加苛刻的要求。分別對(duì)鈮酸鋰、磷化銦、硅基以及聚合物電光調(diào)制器進(jìn)行了剖析，證明單一材料體系已難以滿足系統(tǒng)應(yīng)用需求。指出硅基混合集成電光調(diào)制器融合了多種材料體系的優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)對(duì)未來(lái)微波光子模擬光傳輸鏈路和信息處理的發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。

關(guān)鍵詞： 電光調(diào)制器；硅基混合集成；低半波電壓；小尺度

Abstract： Radar， electronic countermeasure and wireless communication have developed rapidly in the direction of broadband， integration and array， which brings more challenges on bandwidth， half-wave voltage and footprint of the electro-optical modulator. In this paper， modulators based on different material system， including the lithium niobate， indium phosphide， silicon and electro-optical polymer are analyzed， which shows that the single material system is difficult to meet the system application requirements. In this case， a silicon-based hybrid integrated electro-optical modulator combining the advantages of various material systems is proposed， which is expected to provide a strong support for the development of microwave photon analog optical transmission links and information processing.

Key words： electro-optic modulator； silicon-based hybrid integration； low half-wave voltage； small scale

近年來(lái)，雷達(dá)與電子對(duì)抗、無(wú)線通信等信息系統(tǒng)正朝著寬帶化、集成化和小型化的方向快速發(fā)展。這些信息系統(tǒng)對(duì)模擬光鏈路都具有嚴(yán)格的要求，調(diào)制器是模擬光鏈路中的核心器件，需要具有高帶寬、低半波電壓、低插入損耗、小體積以及高線性度等特性。

眾多機(jī)構(gòu)對(duì)研制高性能調(diào)制器進(jìn)行了深入探索，取得了卓有成效的進(jìn)展和成果。按材料體系分類，電光調(diào)制器主要分為鈮酸鋰（LiNbO3）調(diào)制器、磷化銦（InP）調(diào)制器、硅調(diào)制器和聚合物電光調(diào)制器，幾種調(diào)制器各具特色。例如：LiNbO3調(diào)制器是最成熟的電光調(diào)制器，帶寬大、可靠性好，但尺寸大，難以實(shí)現(xiàn)與激光器和探測(cè)器集成；InP調(diào)制器易集成，但損耗高、成熟度低；硅調(diào)制器尺寸小，損耗低，但線性度差；聚合物電光調(diào)制器帶寬大，但損耗高、可靠性差。因此，單靠一種材料體系，難以滿足微波光子系統(tǒng)對(duì)寬帶調(diào)制器的需求。硅基混合集成調(diào)制器融合了硅基材料體系易于集成和其他材料體系電光系數(shù)高的優(yōu)勢(shì)，獲得了高度關(guān)注并極有可能在未來(lái)寬帶信息系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。

1 調(diào)制器發(fā)展現(xiàn)狀分析

寬帶光調(diào)制器按照材料分類主要分為了LiNbO3調(diào)制器、InP基調(diào)制器、硅基調(diào)制器，以及聚合物電光調(diào)制器。

1.1 LiNbO3電光調(diào)制器

LiNbO3具有電光系數(shù)大、本征調(diào)制帶寬大、波導(dǎo)傳輸損耗小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。LiNbO3調(diào)制器是目前發(fā)展最成熟的調(diào)制器，其利用線性電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)對(duì)光信號(hào)的調(diào)制，通過(guò)外加電場(chǎng)改變光在晶體中傳播的折射率，進(jìn)而改變光的相位和偏振態(tài)，利用Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制到強(qiáng)度調(diào)制的轉(zhuǎn)換。所以LiNbO3調(diào)制器在模擬光鏈路中可作為相位調(diào)制器、偏振調(diào)制器和強(qiáng)度調(diào)制器。

早期LiNbO3調(diào)制器采用集總電極結(jié)構(gòu)，但受到光波通過(guò)晶體的渡越時(shí)間以及外電路的電阻電容（RC）時(shí)間常數(shù)限制，器件調(diào)制帶寬嚴(yán)重受限。為了克服這種限制，人們采用了行波電極結(jié)構(gòu)，調(diào)制帶寬不再受RC時(shí)間常數(shù)的限制。早在1999年，行波電極LiNbO3調(diào)制器的報(bào)道帶寬就已達(dá)到40 GHz[1]。而此時(shí)光波與微波的速度匹配、源和傳輸線的阻抗匹配以及微波傳輸損耗則是影響帶寬的主要因素。常采用的速度匹配方法有應(yīng)用厚金屬電極，引入開(kāi)槽結(jié)構(gòu)，在電極下鍍一層低介電常數(shù)的緩沖層以及采用倒相電極結(jié)構(gòu)和分段電極結(jié)構(gòu)[2]。這些方法有時(shí)會(huì)減小光場(chǎng)和電場(chǎng)的重疊[3]，從而降低調(diào)制效率。為了提高調(diào)制效率，又有減薄LiNbO3厚度，設(shè)計(jì)脊型鈦擴(kuò)散LiNbO3波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，減小地電極寬度等方法，調(diào)制帶寬可達(dá)105 GHz[4]。在商業(yè)應(yīng)用上，Photline公司和EO space公司已有很成熟的40 GHz/60 GHz LiNbO3調(diào)制器產(chǎn)品，EO space公司現(xiàn)已研發(fā)出110 GHz的調(diào)制器，小體積、小功耗的LiNbO3調(diào)制器也有很多突破，目前主要應(yīng)用于軍事及航天產(chǎn)業(yè)中[5]。

上述傳統(tǒng)的體材料LiNbO3調(diào)制器可以實(shí)現(xiàn)寬帶調(diào)制，但一般Vπ高，體積大，對(duì)偏振敏感，插入損耗大。所以近幾年基于單晶LiNbO3薄膜的調(diào)制器備受關(guān)注，包括單晶LiNbO3薄膜與易刻蝕的材料形成的混合集成調(diào)制器，以及刻蝕單晶LiNbO3薄膜形成的微納LiNbO3調(diào)制器。2017年哈佛大學(xué)報(bào)道了納米光子LiNbO3調(diào)制器，利用高精度刻蝕工藝在二氧化硅（SiO2）上的單晶LiNbO3薄膜上制備跑道型和Mach-Zehnder型電光調(diào)制器，最終帶寬分別達(dá)到30 GHz和15 GHz[6]。endprint

1.2 InP 基調(diào)制器

InP基調(diào)制器多采用多量子阱結(jié)構(gòu)（MQW），主要分為電吸收型和電光型。InP基電吸收型調(diào)制器利用量子限制Stark效應(yīng)（QCSE），通過(guò)外加電場(chǎng)改變MQW對(duì)光的吸收，進(jìn)而改變光的強(qiáng)度；InP基電光型調(diào)制器是利用QCSE引起的材料折射率變化實(shí)現(xiàn)對(duì)光場(chǎng)的相位調(diào)制，然后利用Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)將相位調(diào)制轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度調(diào)制。

在InP基調(diào)制器研究方面，德國(guó)HHI和日本NTT光子實(shí)驗(yàn)室處于國(guó)際領(lǐng)先地位，其他國(guó)家的一些研究機(jī)構(gòu)也進(jìn)行了相關(guān)研究并取得了一定成果。對(duì)其性能的研究和改進(jìn)主要集中在電極的設(shè)計(jì)和有源區(qū)光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)兩方面，以下分別進(jìn)行闡述。

早期的InP基Mach-Zehnder調(diào)制器也是集總電極型，為了克服RC常數(shù)對(duì)調(diào)制帶寬的限制，采用行波電極結(jié)構(gòu)，帶寬提高可達(dá)45 GHz。還有方案在兩端集成了模斑變換器，大大降低了插入插損[7]；為了盡可能實(shí)現(xiàn)阻抗和速度匹配，Suguru AKIYAMA等人提出了沿著光波導(dǎo)制作分段的行波電極來(lái)提高調(diào)制帶寬[8]；在此基礎(chǔ)上，將相位電極獨(dú)立于行波電極來(lái)調(diào)整工作點(diǎn)，可形成驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、零啁啾調(diào)制的串聯(lián)推挽結(jié)構(gòu)[9]；另外，InP基調(diào)制器采用半絕緣襯底也可以增加調(diào)制帶寬[10]。

傳統(tǒng)的InP基調(diào)制器的有源區(qū)是pin結(jié)構(gòu)，而p型包層損耗大，薄非摻雜層電容大，很難滿足速度和阻抗匹配[11]。針對(duì)此問(wèn)題，日本NTT實(shí)驗(yàn)室提出了nin型結(jié)構(gòu)，降低了接觸電阻和損耗，提高了載流子遷移率，實(shí)現(xiàn)了大于40 GHz的寬帶調(diào)制[12]。為了進(jìn)一步提高調(diào)制效率，Yoshihiro OGISO等人提出了nipn結(jié)構(gòu)，加了薄薄的p型層作為電子阻擋層，使電場(chǎng)更有效地施加在非摻雜的i層，最上層的n型結(jié)構(gòu)應(yīng)用反向梯形結(jié)構(gòu)降低了接觸電阻和寄生電容，最終實(shí)現(xiàn)了調(diào)制帶寬大于67 GHz、片上損耗小于2 dB、半波電壓低于1.5 V的高性能調(diào)制器[13]。

InP基調(diào)制器調(diào)制效率高，驅(qū)動(dòng)電壓小，通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)寬帶調(diào)制；另外，其器件結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成，尤其是與光源可實(shí)現(xiàn)單片集成，在這一點(diǎn)上已有相關(guān)報(bào)道。但I(xiàn)nP基調(diào)制器對(duì)材料和工藝要求都很高，成本和集成難度也很大，目前中國(guó)在該方面的研究與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有很大差距。

1.3 硅基調(diào)制器

硅基電光調(diào)制器根據(jù)調(diào)控機(jī)理可以分為兩種：電折射率調(diào)制器和電吸收調(diào)制器。前者是基于等離子色散效應(yīng)[14]，后者是基于 Frankz-Keldysh 效應(yīng)[15]或者QCSE效應(yīng)[16]。其中，電折射率調(diào)制器根據(jù)光學(xué)結(jié)構(gòu)的不同主要分為兩種：微環(huán)諧振腔型和Mach-Zehnder型。微環(huán)結(jié)構(gòu)的光調(diào)制是利用電信號(hào)改變微環(huán)結(jié)構(gòu)中波導(dǎo)的有效折射率，從而改變微環(huán)的諧振狀態(tài)，對(duì)特定波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的調(diào)制；而Mach-Zehnder型結(jié)構(gòu)是通過(guò)外加電信號(hào)改變相移臂波導(dǎo)的有效折射率，使光的干涉效應(yīng)發(fā)生變化，進(jìn)而改變光強(qiáng)。

2004年Intel的研究人員在Nature上報(bào)道了調(diào)制帶寬達(dá)到1 GHz 的Mach-Zehnder型硅基調(diào)制器[17]，并在2005年已經(jīng)將其電學(xué)調(diào)制帶寬優(yōu)化到10 GHz。2005年，Cornell大學(xué)的徐千帆等人通過(guò)優(yōu)化波導(dǎo)截面，采用微環(huán)結(jié)構(gòu)制作出了帶寬達(dá)到1.5 GHz 的高集成度的硅基微環(huán)調(diào)制器[18]。2007年，LIU Ansheng 等人制作出基于反偏 PN結(jié)結(jié)構(gòu)的調(diào)制器，采用多模耦合器結(jié)合Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)，調(diào)制帶寬達(dá)到20 GHz[19]。隨后，LIAO L等人利用同樣的器件，進(jìn)一步優(yōu)化電極，實(shí)現(xiàn)了30 GHz的調(diào)制帶寬[20]。另外，為了提高調(diào)制器的性能，多種改進(jìn)方法相繼被提出來(lái)，例如：通過(guò)摻雜補(bǔ)償來(lái)減小波導(dǎo)傳輸損耗，通過(guò)采用包覆型 PN 結(jié)增加載流子與光場(chǎng)間的相互作用從而提高調(diào)制效率[21]，通過(guò)pipin 摻雜方式減小載流子高摻雜引起的吸收損耗，通過(guò)推挽式電極驅(qū)動(dòng)減小外置電壓進(jìn)而減小功耗[22]，通過(guò)采用插指 PN 結(jié)方式提高調(diào)制效率，通過(guò)在脊型硅波導(dǎo)上沉積一層氮化硅產(chǎn)生非對(duì)稱應(yīng)變進(jìn)而提高線性度[23]，通過(guò)行波銅電極對(duì)行波鋁電極的替換進(jìn)一步提高調(diào)制帶寬等。

微環(huán)諧振腔型調(diào)制器尺寸很小，電學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其溫度敏感性高，同時(shí)受限于光子壽命的影響，調(diào)制帶寬相對(duì)較小，很難實(shí)現(xiàn)寬帶調(diào)制；Mach-Zehnder型調(diào)制器的調(diào)制帶寬大，但對(duì)溫度變化不敏感，相應(yīng)的插入損耗也較大?？傮w來(lái)講，硅基調(diào)制器通過(guò)合理的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)寬帶、低Vπ調(diào)制，且體積小，與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝兼容，工藝成熟度高，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成；但其線性度較差，有待于提高。

1.4 聚合物電光調(diào)制器

聚合物電光調(diào)制器利用線性電光效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)對(duì)光信號(hào)的調(diào)制，在光波電場(chǎng)和外加電場(chǎng)的作用下，引起材料的非線性極化，并導(dǎo)致其光學(xué)各向異性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光的相位、偏振態(tài)以及強(qiáng)度的調(diào)制。

1991年出現(xiàn)了第一個(gè)高頻聚合物調(diào)制器，帶寬達(dá)到20 GHz [24] ，自此以后，聚合物調(diào)制器被廣泛研究，并有大量相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行報(bào)道。Hoechst Celanese Corp采用相同的材料，設(shè)計(jì)了行波電極結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了帶寬超過(guò)40 GHz的調(diào)制器。美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校、南加州大學(xué)與TACAN公司聯(lián)合，成功制備和表征了超過(guò)110 GHz的高帶寬聚合物調(diào)制器[25]，CHEN Datong等人制備了帶寬達(dá)113 GHz的聚合物調(diào)制器[26]，Bell實(shí)驗(yàn)室后來(lái)更是將此記錄改寫，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)150～200 GHz的調(diào)制帶寬。除帶寬之外，隨著NLO發(fā)色基團(tuán)和器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，半波電壓也大大降低，在文獻(xiàn)[27]中，聚合物調(diào)制器在1 300 nm和1 550 nm波長(zhǎng)處，500 GHz以下調(diào)制時(shí)Vπ分別低至3.7 V和4.8 V；通過(guò)改進(jìn)，文獻(xiàn)[28]又將上述Vπ值分別減小到了2.4 V和3.7 V。endprint

相較于無(wú)機(jī)和半導(dǎo)體調(diào)制器而言，聚合物調(diào)制器有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。比如：聚合物材料的微波介電常數(shù)低，更易實(shí)現(xiàn)速度匹配，有實(shí)現(xiàn)更大調(diào)制帶寬的潛力；電光系數(shù)大，從而Vπ更?。徊牧蟽r(jià)格低廉，工藝兼容性好。但其也有很多缺點(diǎn)，比如：在通信波長(zhǎng)范圍內(nèi)插入損耗較大，長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性差，光穩(wěn)定性較差，聚合物的極化效率和電光系數(shù)難以保持等，所以要將其應(yīng)用于商業(yè)設(shè)備，還需深入研究。

2 新型硅基混合集成調(diào)制器

單一材料體系調(diào)制器的固有限制促進(jìn)了混合材料體系調(diào)制器的發(fā)展。包括硅基-有機(jī)物混合集成調(diào)制器、硅基-LiNbO3混合集成調(diào)制器以及硅基-III-V族混合集成調(diào)制器等。以下分別進(jìn)行闡述。

2.1 硅基-有機(jī)物混合集成調(diào)制器

硅基-有機(jī)物混合集成（SOH）調(diào)制器是將電光聚合物材料填充到兩個(gè)相距很近的脊型硅波導(dǎo)之間形成的狹縫（slot）波導(dǎo)中，其電光調(diào)制效率相比于傳統(tǒng)的聚合物調(diào)制器有很大提高，VπL減小了一個(gè)數(shù)量級(jí)[29]。2008年，Tom BAEHR-JONES報(bào)道了硅狹縫波導(dǎo)和非線性聚合物包層形成的混合集成調(diào)制器，VπL低至0.5 V·cm[30]。2010年，該實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了第一個(gè)近紅外波段寬帶SOH調(diào)制器，帶寬為3 GHZ，VπL為0.8 V·cm。適當(dāng)增加硅波導(dǎo)的厚度和合理?yè)诫s，可以進(jìn)一步提高調(diào)制帶寬[31]。2014年出現(xiàn)了第一個(gè)帶寬達(dá)到100 GHz 的SOH調(diào)制器[32]。2016年李凱麗等人仿真了硅基-有機(jī)物材料混合Mach-Zehnder型調(diào)制器，在條型波導(dǎo)和狹縫波導(dǎo)之間設(shè)計(jì)了模式轉(zhuǎn)換器來(lái)提高模式轉(zhuǎn)換效率，仿真得到調(diào)制帶寬達(dá)137 GHz[33]。

SOH調(diào)制器的原理如圖1所示，光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為填充有機(jī)聚合物材料的slot波導(dǎo)，光的準(zhǔn)橫電場(chǎng)（TE）模式限制在slot波導(dǎo)內(nèi)，施加電壓時(shí)，slot波導(dǎo)內(nèi)形成強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)和光場(chǎng)模式之間有很大的交疊，因此調(diào)制效率較高[32]。為了減小薄條形加載硅條的阻抗，采用加直流柵電壓的方式形成高電導(dǎo)率的電子積累層進(jìn)而減小阻抗，相比于摻雜方式，電子遷移率不受雜質(zhì)散射的影響，提高帶寬的同時(shí)降低了光損耗。如圖1a）所示，slot兩側(cè)的硅波導(dǎo)通過(guò)薄條形加載硅條連接電極，電光聚合物填充到slot中，輕摻雜的硅襯底被用作柵極。圖1b）所示為波導(dǎo)的截面和準(zhǔn)TE傳輸模式的電場(chǎng)分布圖，光場(chǎng)被限制在slot中，圖中也展示了等效RC電路（C為slot電容，R為條形加載的電阻）。當(dāng)在SiO2兩側(cè)加正電壓時(shí)，柵極電壓Vgate會(huì)使條形加載的能帶彎曲，在條形加載中形成高電導(dǎo)率的電子累積層。EF、EC、EV分別是費(fèi)米能級(jí)、導(dǎo)帶能級(jí)和價(jià)帶能級(jí)，q表示是電子電量， 如圖1c）所示。

2.2 硅基- LiNbO3混合集成調(diào)制器

硅基-LiNbO3混合集成調(diào)制器近幾年取得了很大進(jìn)展。2013年，Vincent STENGER等人通過(guò)離子注入與晶體鍵合技術(shù)相結(jié)合，在石英襯底上鍵合單晶鈮酸鋰（LN）薄膜，以此來(lái)形成電光調(diào)制器，調(diào)制帶寬達(dá)24 GHz[34]。2014年，CHEN Li等人報(bào)道了混合集成的LN薄膜硅基環(huán)形電光調(diào)制器，3 dB帶寬達(dá)到5 GHz[35]。2015年，該實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了高線性硅基-LiNbO3混合集成的環(huán)形調(diào)制器[36]，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）在1 GHz和10 GHz分別達(dá)到98.1 dB/Hz2/3和87.6 dB/Hz2/3，優(yōu)于傳統(tǒng)的硅基環(huán)形調(diào)制器。2016年4月，JIN Shilei等人報(bào)道了應(yīng)用氮化硅脊型波導(dǎo)的硅基混合集成的Mach-Zehnder型調(diào)制器，3 dB帶寬達(dá)8 GHz，VπL為3 V·cm[37]。2016年7月，Andrew J. MERCANTE等人報(bào)道了與CMOS兼容的硅基混合電光調(diào)制器，RF調(diào)制帶寬達(dá)110 GHz[38]。在2016年12月，Ashutosh RAO等人報(bào)道了硅基- LiNbO3混合集成的小型高性能Mach-Zehnder調(diào)制器，調(diào)制帶寬達(dá)33 GHz，VπL在直流和50 GHz下分別低至3.1 V·cm和6.5 V·cm [39]。

Mach-Zehnder型硅基- LiNbO3混合集成調(diào)制器[40]的結(jié)構(gòu)如圖2a）所示。在圖2b）中，左側(cè)為1550nm波長(zhǎng)處光場(chǎng)TE模式模場(chǎng)分布圖，右側(cè)為10 GHz時(shí)的RF場(chǎng)分布，其中標(biāo)注Au處代表金屬電極，硫族化物（ChG）脊型結(jié)構(gòu)用矩形白框表示。用離子注入與晶體鍵合技術(shù)相結(jié)合，在硅襯底上的SiO2層上直接鍵合一層亞微米厚的單晶LN薄膜，LN薄膜具有和體LiNbO3材料基本一致的大電光系數(shù)，所以可實(shí)現(xiàn)高效率電光調(diào)制。利用LN薄膜和SiO2層的折射率差可實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)的縱向限制，而LiNbO3材料難刻蝕的特點(diǎn)，此方案在LN薄膜上沉積折射率匹配的ChG，形成脊型光波導(dǎo)，從而加強(qiáng)對(duì)光場(chǎng)的橫向限制。此種調(diào)制器利用了LN薄膜的大電光系數(shù)，以及LN薄膜與SiO2層的高折射率差，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光場(chǎng)的強(qiáng)限制，大大減小了電極間距，從而使VπL參數(shù)顯著降低，且更有利于實(shí)現(xiàn)集成。另外，通過(guò)改變脊型材料的組分、結(jié)構(gòu)參數(shù)可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高帶寬且減小光損耗，具有很大的優(yōu)勢(shì)和開(kāi)發(fā)前景。

另外，III-V族材料與硅基混合集成也可實(shí)現(xiàn)高速高效調(diào)制。2012年，UCSB的 J.E.BOWER 小組提出了基于QCSE效應(yīng)的硅基電吸收調(diào)制器，實(shí)現(xiàn) InP 基底和 SOI 材料的鍵合，該器件在1 300 nm波段的調(diào)制帶寬預(yù)測(cè)高達(dá)74 GHz[41]。2016年8月，UCSB的ZHANG Chong等人報(bào)道了高線性度環(huán)形輔助III-V/Si基混合集成Mach-Zehnder調(diào)制器（RAMZM），結(jié)構(gòu)如圖3所示，通過(guò)調(diào)控復(fù)合波導(dǎo)的介電常數(shù)以及環(huán)和相位調(diào)制臂的耦合系數(shù)，可以減小Mach-Zehnder調(diào)制器傳輸函數(shù)的非本征、非線性特性，進(jìn)而提高線性度，此方案中的SFDR在10 GHz，環(huán)形結(jié)構(gòu)弱耦合條件下可以達(dá)到117.5 dB/Hz2/3[42]。endprint

綜合考慮模擬光鏈路對(duì)調(diào)制器的應(yīng)用需求，如大帶寬、低Vπ、低插入損耗、高成熟度、高穩(wěn)定性等，利用LN薄膜具有大的電光系數(shù)等特點(diǎn)，同時(shí)考慮到硅波導(dǎo)的研究也已非常成熟，將LN薄膜與硅基襯底集成，將帶來(lái)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)寬帶高效率調(diào)制，做到在與傳統(tǒng)LiNbO3調(diào)制器保持基本一致的調(diào)制帶寬、消光比和動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，降低尺寸、Vπ以及損耗，且與CMOS工藝兼容，易于實(shí)現(xiàn)小型集成化，因此為未來(lái)的高速光電集成提供了很好的前景。

3 結(jié)束語(yǔ)

寬帶電光調(diào)制器是寬帶雷達(dá)、電子對(duì)抗以及無(wú)線通信領(lǐng)域中的核心電光轉(zhuǎn)換器件，多年來(lái)一直是國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的體材料LiNbO3調(diào)制器發(fā)展最成熟，可以實(shí)現(xiàn)寬帶調(diào)制，但一般半波電壓高，體積大，插入損耗也大；InP基調(diào)制器性能較好，易于集成，但材料和工藝復(fù)雜，成本較高；硅基調(diào)制器體積小，有利于大規(guī)模集成，但線性度相對(duì)較差；聚合物調(diào)制器帶寬很寬，但穩(wěn)定性較差?；诠杌r底的混合集成調(diào)制器可以通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同材料體系的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，提高調(diào)制器的整體性能，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一，極有可能在未來(lái)寬帶信息網(wǎng)絡(luò)中扮演重要角色。

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