InP基矩形马赫—曾德尔高速电光调制器行波电极设计与测试.doc

InP基矩形马赫—曾德尔高速电光调制器行波电极设计与测试随着光互连正逐步取代传统的电互连,光通信器件正朝着小型化、低能耗、高集成度的方向发展。电光调制器作为光子集成芯片中不可缺少的基本元件,由于受到传统波导耦合器尺寸较大的限制,以及电光相互作用效率低导致调制臂较长的原因,难以进一步减小片占面积和提升集成度。因此本文在InP基衬底上设计一种基于沟槽型耦合器和90°弯曲波导配置的,马赫-曾德尔电光调制器,提

出一种T型类微带行波电极结构,该结构既可减小高频电信号传输损耗,提高带宽,又方便了器件晶圆级在线测试。

利用深刻蚀的波导可以将光波较好地限制在量子阱有源区,因而获得电场和光场相互作用较大的重叠因子,进一步减小片占面积。本文首先介绍了调制器器件结构以及外延生长的各层材料,设计了T型类微带行波电极结构,包括传输区、过渡区和输入输出区。之后运用散射参量S、传输线理论分析计算了行波电极的微波特性,如阻抗匹配、回波损耗以及带宽性能,这也是电极关键的性能参数。

利用电极的等效电路估算了调制器带宽上限,但是受限于材料本身调制能力约70 GHz的限制。对电极的传输、输入和输出以及过渡区的结构参数,使用有限元仿真方法优化设计。仿真结果表明设计的整体行波电极具有匹配阻抗大于42?,回波损耗小于-15 dB,带宽可达65GHz的高性能参数。

在InP衬底上制备了行波电极,用网络分析仪测量其S参数,由于仪器带宽的限制,测试电极得到回波损耗-12dB和带宽至少达到20GHz的最优性能,同时也验证了上述仿真方法的有效性。本论文设计的G-S-G同高度类微带行波电极具备器件晶圆级在线测试的要求,该器件获得片占面积40μm×40μm的高效紧凑的尺寸,满足高度集成、低能耗、高速调制等要求的同时,器件版图可向二维方向配置

和扩展。同时新型矩形MZ高速电光调制器潜在应用于InP基光子集成芯片以及片上光互连系统。