周林杰　周硯揚　陸梁軍

摘要：對單端推挽驅動硅基調制器進行了優(yōu)化設計和實驗驗證。為了獲得較高的調制器性能，首先對PN結的結構參數(shù)和摻雜濃度進行了仿真優(yōu)化，以提高調制效率并降低光傳輸損耗；其次，對行波電極的阻抗匹配、相位匹配和微波損耗予以了研究，重點分析了低摻雜平板區(qū)寬度、行波電極傳輸線寬度（TWE）和間距對調制性能的影響。在理論分析和仿真計算的基礎上，對單端推挽驅動調制器進行了頻譜測試、小信號響應測試和高速調制碼型測試。調制器的片上插入損耗在7～9 dB，半波電壓約為5 V。偏置電壓為0 V時，優(yōu)化后的調制器的帶寬大于18 GHz，入射端反射系數(shù)低于-20 dB，行波電極具有較好的阻抗匹配。當反偏電壓大于4 V時，調制器的帶寬可增加到30 GHz以上，并且能實現(xiàn)56 Gbit/s的二進制強度（OOK）調制和40 Gbit/s的二進制相移鍵控（BPSK）調制。

關鍵詞： 電光調制器；硅基光電子；高速收發(fā)模塊；光電子器件

Abstract： In this paper， the design optimization and experimental demonstration of single-drive push-pull silicon electro-optic modulators are presented. In order to improve the modulation efficiency and lower the optical propagation loss， the PN junction profile and doping concentrations are firstly optimized. Next， the impedance match， phase match and microwave loss are studied， and in particular， the influence of low-doping slab width， travelling-wave electrode （TWE） width and spacing on the modulator performance are analyzed. Following the comprehensive theoretical analysis and numerical simulation， the modulator performance measurements， including the optical transmission spectrum upon single-drive push-pull tuning， small-signal microwave signal response， and high-speed digital signal modulation are consequently carried out. The on-chip insertion loss of the modulators is around 7-9 dB and the half-wave voltage is 5 V. At a bias voltage of 0 V， the optimized modulator has a modulation bandwidth of >18 GHz. The microwave reflectivity at the entrance of the TWE is less than -20 dB， suggesting good impedance match. When the reverse bias voltage is increased to 4 V， the modulation bandwidth can exceed 30 GHz， allowing for realization of 56 Gbit/s on-off keying （OOK） and 40 Gbit/s binary phase-shift keying （BPSK） modulations.

Key words： electro-optic modulator； silicon photonics； high-speed transceiver； optoelectronic devices

硅基電光調制器由于其綜合性能出眾，吸引了全球各高校、研究所和企業(yè)的持續(xù)關注。中科院半導體所、上海交通大學和北京大學[1-10]等是中國最早開展相關研究的科研機構，同時中興通訊、武漢光迅等企業(yè)已經開展了硅基調制器的產品化工作，并取得了初步的成果。在其他國家，知名的研究機構和高校如美國的諾基亞貝爾實驗室、康奈爾大學、加州大學圣芭芭拉分校、特拉華大學、加拿大的麥吉爾大學、多倫多大學、新加坡微電子研究所、英國薩里大學、南安普敦大學和比利時的根特大學等在硅基調制器方面也進行了多年研究，涵蓋了調制器設計和集成，也在新材料的應用、工藝加工和新結構探索方面持續(xù)創(chuàng)新，推動硅基調制器的進步和實用化發(fā)展[11-23]。此外，美國的Intel、Cisco、Acacia和日本的Fujikura等公司均已推出了100 G的光模塊，投放在光互連市場。隨著今后光網(wǎng)絡升級到400 G以及數(shù)據(jù)中心規(guī)模的進一步擴大，對硅基載流子耗盡型馬赫曾德調制器（MZI）的進一步研究將主要集中在3個方面：（1）提高帶寬同時減小功耗；（2）調制器、驅動電路和激光器的集成；（3）采用波分復用和高階碼型調制提高數(shù)據(jù)速率。

提高帶寬和減小功耗主要通過優(yōu)化行波電極和PN二極管結構來實現(xiàn)。加拿大麥吉爾大學所設計的硅基調制器[24]，行波電極不同于傳統(tǒng)共面波導（CPW）和共面帶狀線（CPS）結構，它在兩條傳輸線內側面向波導方向引入“金屬橋”，然后連接一塊金屬電極，構成T型結構，用于驅動PN二極管。此結構通過優(yōu)化T型結構參數(shù)，可以提高調制性能。在PN二極管中影響調制效率的主要是耗盡層與光模式的交疊部分，波導兩側壁附近的摻雜區(qū)域除了帶來光傳輸?shù)膿p耗之外，并沒有對調制效率的提高有太多有益的影響。通過對波導邊緣區(qū)域進行補償摻雜降低該區(qū)域的載流子濃度，可以有效減小光傳輸損耗[25]。提高調制效率也可以采用一種改進后的PN二極管結構[25]，此結構同時存在橫向PN結和縱向PN結，形成L形耗盡區(qū)域。當施加反向電壓后，整個波導的中心部分均為耗盡區(qū)域，因此實現(xiàn)了更高的調制效率。endprint

硅為間接帶隙材料，不能直接用于制作激光器，目前主流的激光器與硅調制器集成方案為異質混合集成或在硅上外延生長III-V族材料。法國里昂大學的研究團隊將布拉格光柵反射鏡、激光器、波導模式轉換器、移相器、MZI調制器和波導光纖耦合器集成在同一個芯片上[26]。法國Ⅲ-Ⅴ族實驗室聯(lián)合CEA-Leti、MINATEC、IMEC和Bell共同研發(fā)了調制器與激光器集成芯片，其中分布式布拉格光柵激光器的輸出波長范圍可以覆蓋整個C波段，調制器的調制帶寬在13 GHz以上，從而可以實現(xiàn)25 Gbit/s的調制速率[27]。另一種目前主流的集成方式是將電驅動芯片和硅光芯片混合集成在同一基板上。武漢郵電科學院實現(xiàn)了集成化硅光調制器[28]，將硅光調制器芯片與驅動芯片通過金線鍵合實現(xiàn)一體化封裝，可以實現(xiàn)25 Gbit/s的調制速率。IBM的集成芯片也是將硅光調制器芯片和驅動芯片集成在同一個基板上[29]，該芯片的特點為調制器采用分段行波電極，每段電極均配有驅動電路，可以實現(xiàn)25 Gbit/s的二進制啟閉鍵控（OOK）調制和46 Gbit/s的脈幅調制（PAM-4）調制。

采用波分復用和高階碼型調制可以獲得更高速率調制。Luxtera公司研發(fā)的硅光集成波分復用光收發(fā)芯片[30]，集成了4路MZI調制器、4路波分復用與解復用模塊、4路光探測模塊和其他附屬功能模塊，每路可以產生10 Gbit/s的調制信號。諾基亞貝爾實驗室研發(fā)了偏振復用QPSK光發(fā)射芯片[31]，正交相移鍵控（QPSK）信號由IQ調制器產生（一個MZI調制器產生I路信號，另一個平行MZI調制器產生Q路信號）。輸入光分兩路分別進入兩組IQ調制器進行QPSK調制，其中一組由偏振旋轉器將調制后的信號由準橫電波模式（TE）旋轉成準橫磁波模式（TM），再和另一組TE合成構成PDM-QPSK調制器。每一路的IQ調制器可實現(xiàn)56 Gbit/s的QPSK調制，經過偏振復用就能達到112 Gbit/s的PDM-QPSK調制。之后，貝爾實驗室在該工作的基礎之上，通過兩級QPSK的級聯(lián)并與鍺探測器集成研發(fā)出了224 Gbit/s的PDM-16-QAM光收發(fā)模塊[32]。

1 高速電光調制器設計

硅基載流子色散型電光調制器的基本設計思路可以概括為如下幾個步驟：首先是光學結構的設計，可以是簡單直波導實現(xiàn)相位調制，或者是基于干涉或諧振結構實現(xiàn)強度調制；其次是載流子色散效應的電學結構實現(xiàn)，可以采用PN二極管或者金屬氧化物半導體（MOS）電容；最后是高速電極設計，電極好壞直接關系到調制器的響應速度，需要精確設計電路結構。光學結構目前采用較多是微環(huán)諧振腔和馬赫曾德干涉儀，在光學設計中波導的幾何尺寸對器件的性能有著很大的影響：提高波導寬度可以有效減少波導側壁粗糙度引起的光損耗，但波導太寬會導致高階光波導模式出現(xiàn)，降低器件的性能；增加平板層厚度可以減小波導側壁粗糙度對光傳輸?shù)挠绊?，同時提高單模波導寬度的上限，但由于一部分光泄露到波導兩側，會降低光調制效率。載流子色散效應根據(jù)電學實現(xiàn)方式可以歸總為載流子注入、載流子耗盡和載流子積累[33]。在電學結構設計中，要著重考慮電學結構所能實現(xiàn)的調制效率以及對光傳輸損耗的影響，其中載流子濃度分布形狀影響較大。電極設計可以采用集總電極或行波電極。集總電極較小，可以靈活布局于芯片上任意位置，設計時所需要考慮的因素是減小電容和電阻以提高帶寬；而行波電極長度通常在毫米量級，在設計時需要考慮3方面因素：（1）減小微波傳輸損耗；（2）行波電極的特性阻抗需要匹配到50 Ω，滿足與微波系統(tǒng)中標準的50 Ω端口兼容，減少反射損耗，確保行波電極上的有效驅動電壓；（3）行波電極的有效折射率與光波群折射率相匹配，使微波信號和與光信號達到最強相互作用。將上述不同光學結構、電學結構和電極結構進行組合，就可以構成不同類型調制器。

1.1 單端推挽驅動調制器整體結構

如圖1所示為單端推挽驅動硅基馬赫曾德調制器結構示意圖[34]。該調制器基于絕緣襯底上的硅（SOI）晶圓設計，光學部分采用的是非對稱MZI結構，可以通過調節(jié)波長來選擇調制器的偏置點。調制器的3 dB分路器和合路器采用多模干涉結構（MMI），MMI結構的特點是分光均勻損耗小。由截面圖所示，MZI兩臂的波導中均嵌入PN二極管，波導的外側為P型摻雜，內側為N型摻雜。MZI兩臂外側的平板層為高濃度的P型重摻雜區(qū)，用于連接行波電極保證良好歐姆接觸。MZI兩臂內側平板區(qū)為高濃度的N型重摻雜區(qū)，一方面將兩個PN二極管連接，另一方面連接直流偏置電極。行波電極使用的是共面微帶線結構，兩條傳輸線位于MZI外側，分別為信號線（S）和接地線（G）。相比雙端差分驅動調制器，該調制器具有如下兩個特點：

（1）行波電極的信號線通過P型電阻、PN結電容、N型電阻、PN結電容和P型電阻連接到行波電極的接地線。其中兩個PN結電容串聯(lián)，其電容值減小一半，可以有效降低行波電極的微波損耗。需要注意的是輸入微波信號的幅度也相應需要增加一倍，因為微波信號被均分負載在兩個PN結上。

（2）采用單端口微波輸入，即可實現(xiàn)推挽驅動，減小了驅動電路復雜度，利于實現(xiàn)多個調制器的集成。假設微波信號驅動電壓為Vpp*sin（wt），直流偏置電壓為Vb，通過MZI中間N型重摻雜區(qū)加載到調制器上。當直流和微波信號同時施加在調制器時，一個調制臂PN結上的電壓為 -Vb +Vpp/2*sin（wt），另外一個調制臂PN結上的電壓為-Vb -Vpp/2*sin（wt）。由此可見，在一個驅動信號周期內，調制器形成以-Vb為偏置電壓，在[-Vpp/2， -Vpp/2]范圍內交替變化的完美推挽驅動。相比雙端差分驅動調制器，該調制器僅用一個端口就可以實現(xiàn)推挽驅動，推挽信號由調制器電極自身結構產生，可以確保相位嚴格相差p，幅值相同。采用推挽驅動的調制器可以有效減小信號啁啾，提高長距離傳輸時的信號質量。endprint

1.2 驅動臂上PN結設計

MZI調制器驅動臂上PN結設計分成2個部分：第1部分為波導和PN結幾何結構，第2部分為PN結摻雜濃度。重要的幾何參數(shù)包括：波導寬度Wrib、波導高度Hrib、平板層高度Hslab、低濃度平板層寬度Sdop、N型重摻雜平板層寬度Wn和P型重摻雜平板區(qū)寬度Wp。我們采用硅光器件常規(guī)的脊型波導結構，即Hrib為220 nm，Wrib為500 nm。Hslab的增大將導致PN結串聯(lián)電阻減小，有利于提高調制器帶寬；但同時Hslab的增大會導致更多的光能量擴散到slab層中，減小了光場與PN結耗盡區(qū)的交疊積分，會使調制效率降低。綜合考慮兩者因素，我們選擇Hslab為90 nm。

PN結的摻雜濃度NA（P型摻雜）和ND（N型摻雜）是影響調制器性能的兩個關鍵參數(shù)。根據(jù)等離子色散效應，硅中的自由載流子濃度會對折射率的實部和虛部同時產生影響，即影響調制器的調制效率和光傳輸損耗。我們使用多物理場仿真軟件（Comsol）來仿真調制器的調制效率和光損耗。NA和ND的變化區(qū)間為1017/cm3～1018/cm3，由于耗盡區(qū)的寬度與PN結所加的偏置電壓Vb有關，所以調制效率可通過波導的有效折射率對電壓求導近似得到，其中在偏置電壓為Vb的情況下半波電壓的計算公式為：

[VπLdneffdVV=Vb=λ2] （1）

調制效率Vp·L可以通過Vp與高速移相器的長度L的乘積得到。圖2a）中所示為調制器效率仿真的結果。PN結在波導內的偏移量Δjun為100 nm，波長為1 550 nm，偏置電壓Vb =0 V，長度L為3 mm?？梢钥闯鎏岣邠诫s濃度可以有效提高調制效率，但當NA和ND的濃度大于9×1017/cm3以后調制效率的增長趨于恒定。另一方面，由圖2b）可知，當摻雜濃度提高后，由于載流子吸收效應增強，會使調制器的光損耗增大。因此，在選擇PN結摻雜濃度時要綜合考慮調制效率和光損耗。

PN結的偏移量Δjun也是決定調制器性能的關鍵參數(shù)，當PN結向N區(qū)偏移0.05 mm時，波導的有效折射率變化（0 V和-4 V下波導有效折射率差別）最大，即調制器的調制效率最高。對于光損耗，當PN結向正軸偏移量越大，波導的光損耗越小，這是因為空穴對光的吸收效應要小于電子。如果追求最高的調制效率，Δjun選擇50 nm為最優(yōu)值，如果綜合考慮調制效率和光損耗，Δjun選擇100 nm為最佳。

圖3所示為PN結的摻雜濃度對行波電極特性的影響。提高摻雜濃度可以有效減小行波電極的特性阻抗，增大行波電極的有效折射率以及增大微波的傳輸損耗。為了能夠實現(xiàn)較高的調制效率和帶寬，同時兼顧較低的光損耗和微波損耗。我們選擇P型摻雜為4×1017/cm3，N型摻雜為1×1018/cm3，在該濃度下，當Vb = 0 V，摻雜引起的光損耗為1.85 dB/mm，調制器效率為1.05 V·cm。

1.3 高速行波電極設計

影響行波電極性能的參數(shù)有：電極寬度Wmt、電極傳輸線間距Gmt、電極厚度Tmt、通孔間距Gvia、通孔寬度Wvia、SiO2上包層厚度Hclad和PN結結構的尺寸，其中需要重點優(yōu)化的是Sdop， Wmt和Gmt。

低摻雜平板區(qū)寬度Sdop對微波傳輸損耗的影響較大，而對特性阻抗和微波有效折射率的影響較小。減小Sdop時因為PN結的串聯(lián)電阻會減小，微波損耗會減小，從而可以提高調制器帶寬。減小Sdop的代價是會增大光的傳輸損耗，因此需要在光損耗和微波損耗間做個折中選擇。采用分段PN結可以有效阻止電流在平板層的傳輸，有利于減小微波損耗。隨著頻率的升高，采用分段PN結的行波電極比常規(guī)非分段PN結的行波電極微波損耗減小更加明顯。

行波電極金屬傳輸線寬度Wmt和間距Gmt這兩個參數(shù)共同影響電磁場的分布，它們對行波電極特性的影響是相互關聯(lián)的。圖4所示為仿真得到的不同Wmt和Gmt組合下調制器的電光（EO）帶寬。減小Wmt會提高調制器帶寬；減小Gmt會先增大EO帶寬，當達到一個臨界值后會使帶寬下降。重摻雜平板區(qū)寬度（Wp， Wn）對微波有效折射率、傳輸損耗和特性阻抗會有一定影響。增大Wp和Wn會使微波傳輸損耗和微波有效折射率同時增大，兩者對特性阻抗影響并不大。我們選取多種組合Wp和Wn，分別側重降低微波傳輸損耗或實現(xiàn)更好的光與微波的相位匹配。

綜合上述仿真分析，我們在調制器設計中選取多種參數(shù)組合（見表1），之后通過實驗來檢測不同設計對調制器性能的影響。

2 端推挽驅動硅基調制器

實驗測試

2.1 直流測試

圖5為MZM-5與MZM-7傳輸頻譜和調制效率的測試結果圖。這兩個調制器PN結的差別在于結的位置偏移量Δjun不同，分別為0.1 mm和0.05 mm。改變偏置電壓會使頻譜移動，說明了載流子色散效應起到了改變相位的效果。它們的靜態(tài)消光比都在15 dB以上，說明了MMI具有較均勻的分光比。頻譜最高點代表了整個測試鏈路的損耗，包括光纖的傳輸損耗、偏振控制器插損、光纖與波導的耦合損耗和調制器片上損耗，其中片上損耗包括載流子吸收損耗和波導固有損耗。我們通過測試參考直波導得到了光纖與波導的耦合損耗約為4.5 dB，兩個端面的損耗合計為9 dB，MMI分路器和合路器的損耗為0.9 dB，光纖鏈路和偏振控制器損耗約為1 dB。因此MZM-5的片上損耗為7 dB，MZM-7的片上損耗約合計為9 dB。

根據(jù)MZI的傳輸函數(shù)，頻譜移動一個自由光譜范圍（FSR）相當于相位改變了2p，因此可以通過頻譜移動的距離來確定相位的變化。根據(jù)實驗結果可知MZM-5的Vp約為5.25 V，MZM-7的Vp約為5 V。圖5c）和d）為提取的MZM-5和MZM-7的調制效率隨反偏電壓變化曲線。偏置電壓升高會使調制效率降低，因此在較低的偏置電壓下，可以用較小的驅動電壓實現(xiàn)調制，但調制帶寬也會相應變小。當Δjun從0.05 mm變化到0.1 mm時，損耗的降低較為明顯而調制效率的變化不是很明顯。endprint

2.2 微波小信號測試

調制器小信號動態(tài)測試主要測試行波電極的S參數(shù)、特性阻抗和調制器的EO帶寬。在S參數(shù)測試中，矢量網(wǎng)絡分析儀（VNA）的兩個端口分別通過探針加載到行波電極的輸入和輸出端，測試前先進行校準來去掉線纜、轉接頭和探針的影響。這里我們使用標準的校準基片，對微波鏈路短路、開路、阻抗匹配和通路4種狀態(tài)進行校準，簡稱SOLT （short-open-load-thru）法。圖6所示為表1給出的7種調制器結構在偏置電壓Vb=0 V的情況下，行波電極（EE） S參數(shù)的測試結果。在這7種調制器中，MZM-1為參考調制器，其他調制器均是以它為基礎進行改進優(yōu)化。由圖6a）所示，該行波電極S21電學6.4 dB帶寬為14.9 GHz。采用6.4 dB EE帶寬作為衡量標準是因為在阻抗和相位匹配條件下，6.4 dB EE帶寬對應于3 dB EO帶寬。調制器MZM-2、3 S11參數(shù)明顯大于調制器MZM-4、5、6，說明其阻抗匹配較差。MZM-5具有較高的電學帶寬（18.3 GHz），同時MZM-5微波反射系數(shù)S11基本上可以低于-20 dB。MZM-7在MZM-1的結構上改用了分段PN二極管結構，實驗結果表明該結構可以提高行波電極電學帶寬。

圖7a）為MZM-2和MZM-3在偏置電壓4 V的情況下S21的測試結果。MZM-2的S21曲線和MZM-3的S21曲線較為接近，帶寬差別不大，說明Sdop變化0.1 mm（從0.6 mm變化到0.5 mm）對行波電極影響不大。圖7b）為在4 V偏置電壓下，MZM-1、5、7的S21測試結果。MZM-1為參考調制器，其S21參數(shù)最差。MZM-5在MZM-1基礎上對電極結構進行了優(yōu)化，因此其表現(xiàn)出更好的S21參數(shù)。MZM-7與MZM-1的行波電極結構一樣，但采用了分段PN二極管結構。根據(jù)等效電路模型的理論，該結構減少了slab層對微波損耗的影響，因此減小了微波損耗。

我們接著進一步對調制器MZM-1、5、7進行了EO帶寬測試，結果如圖8a）所示。MZM-1的EO-3 dB帶寬為29 GHz，經過優(yōu)化的MZM-5的EO-3 dB帶寬可以達到33 GHz，MZM-7由于采用了分段PN二極管結構，因此其EO響應的表現(xiàn)也好于MZM-1，帶寬在30 GHz以上。圖8b）所示為MZM-5在不同偏置電壓下的EO S21響應，可以明顯的看出提高偏置電壓可以有效地增加調制器的EO帶寬。當偏置電壓增大后，PN結的耗盡層增大導致結電容減小，因而提高了調制器的帶寬。

2.3 調制信號眼圖測試

我們對設計的調制器進行高速調制測試，信號源采用40～56 Gbit/s的脈沖模式發(fā)生器（PPG）（keysight N4975A），它能產生碼型為215-1的偽隨機碼（PRBS），示波器選用keysight的數(shù)字信號分析儀 （DSA-X 93204A）。由于單端驅動調制器中有專用的直流偏置信號線，因此偏置電壓可經直流探針直接加載到調制器上。在OOK調制時，調制器的工作點選擇在MZI傳輸譜的-3 dB處，即兩臂相位差為p /2。在BPSK調制時，調制器的工作點選擇在MZI傳輸譜的最低點處，即兩臂相位差為p，BPSK的星座圖可以通過光調制分析儀測得（OMA N4392A）。由于待測的調制器采用非等臂的MZI，故可以通過調節(jié)波長來改變調制器的工作點。

圖9所示為MZM-7在調制速率為32 Gbit/s情況下輸出信號的眼圖，眼圖上方顯示的為示波器測得的實時波形，其中藍色線為時鐘信號，黃色線為數(shù)據(jù)信號。圖9a）給出調制器在偏置電壓Vb為0.7 V微波信號幅度Vpp為1.4 V條件下的眼圖。調制信號消光比為4.2 dB，Q值為3.9。圖9b）為Vb增大到1.5 V，Vpp提高到3 V時的調制信號眼圖。此時，消光比提高到了6.6 dB，而Q值也提高到了5.24。實驗結果表明：該調制器具有較高的調制效率和帶寬，采用低驅動電壓就可以獲得清晰的調制眼圖。

圖10所示為MZM-5在50 Gbit/s速率下輸出調制信號的眼圖。為了獲得較高的消光比，PPG的輸出信號經電放大器放大到Vpp為7.8 V。在Vb為2 V情況下，調制信號的下降沿出現(xiàn)兩條重影，說明此時調制器的帶寬已經不能很好支持該調制速率。從眼圖上方測得的實時碼型圖中可以看出，過長的上升沿時間或下降沿時間使得信號還沒完成“0”和“1”電平之間的完全翻轉就又產生變化。為了解決該問題，我們通過增大偏置電壓來提高器件的EO帶寬。當Vb增加到6 V時，眼圖質量得到了較為明顯的改善，獲得的消光比為 6 dB，Q值為5.05。

圖11所示為MZM-5和MZM-7在56 Gbit/s速率下測得的眼圖。驅動電壓為Vb=6 V和Vpp=7.8 V。MZM-5的消光比為4 dB，Q值為3.73，由于MZM-7的EO帶寬小于MZM-5， 所以其眼圖質量較差。對比50 Gbit/s的眼圖，56 Gbit/s時的調制信號質量有了明顯的惡化，這是一方面是由于調制器的帶寬限制，另一方面是由于PPG輸出信號已經達到最大速率，其輸出電信號質量本身已經下降。

在對調制器進行BPSK測試時，工作點選擇在MZI的最小傳輸點。BPSK輸出信號的特點是信號幅值恒定而相位在0和p間變換，實現(xiàn)p相移對調制效率有著較高的要求，因此在測試是我們將偏置電壓Vb降低為4 V。圖12所示為通過調制分析儀測試得到的BPSK信號誤碼率與接收光功率之間的關系。當MZM-5調制信號的信噪比（OSNR）為15.56 dB時，信號的Q值為6.578，信號幅度誤差和相位誤差分別為18.9%和6.9%，誤差向量幅度（EVM）為21.99%。輸出信號的（二進制）誤碼率（BER）在10-13量級以下，低于前向糾錯技術對誤碼率的要求，提高接收信號的光功率可以進一步減小誤碼率。MZM-7的誤碼測試結果與MZM-5接近。endprint

3 結束語

大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的廣泛建立以及骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)的升級換代，市場對100 G和400 G光模塊的需求日益增長，并且對器件成本和集成度的要求也顯著提高。硅基光電子技術是近十年來發(fā)展速度最快、最具有前景的光電子技術之一，由于它的制作工藝與現(xiàn)有微電子互補金屬氧化物半導體（CMOS）工藝兼容，造就了其成本低、功耗小、便于和電芯片集成的獨特優(yōu)勢。另外由于硅波導對光波具有很強的限制能力，因此可以減小器件尺寸，提高單位面積上光器件的集成度。調制器是光收發(fā)模塊中的核心器件，近年來發(fā)展十分迅速，其中載流子耗盡型調制器是目前研究最為廣泛的硅基調制器類型。文章中，我們研究了單端推挽驅動調制器的設計與優(yōu)化，并對加工后的器件進行了系統(tǒng)測試和對比。芯片測試結果表明調制器的EO帶寬在偏置電壓-4 V時可以達到30 GHz以上，能實現(xiàn)56 Gbit/s OOK調制和40 Gbit/s BPSK調制。硅基調制器性能的提高還需要進一步優(yōu)化電學和光學結構，一方面可以設計新型行波電極結構（比如分段電極），以同時滿足阻抗匹配和相位匹配兩方面要求，另一方面設計新型的PN結結構，以增強載流子和光波的作用，提高調制器效率。

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