[发明专利]一种基于分光比可调MMI的高消光比的硅基MZI调制器

说明书

本发明涉及一种基于分光比可调MMI的高消光比的硅基MZI调制器。本发明包括光输入通道、与光输入通道相连接的多模干涉分路器、光输出通道、与光输出通道相连接的多模干涉耦合器；多模干涉分路器及多模干涉耦合器通过光传输波导连接，且光传输波导上附有能负载信号的调制移相臂；多模干涉分路器还包括位于顶部的第一附载电极、第一多模干涉波导及两个多模干涉分路器输出端口，多模干涉耦合器同样包括位于顶部的第二附载电极、第二多模干涉波导及两个多模干涉耦合器输入端口。本发明使MZI在调制时两个臂的光强保持在同一水平上，提高了器件输出时的消光比。有效的解决了当前MZI光调制器的消光比低的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于分光比可调MMI的高消光比的硅基MZI调制器，属于半导体硅基光电子通信器件集成技术领域。

背景技术

电光调制器是硅光子中最关键的器件之一，因其具有高速，高效等特点受到数字电路及模拟光纤链路的广泛关注。在调制器中通常采用相位调制或者幅度调制的方式，其中相位调制主要通过改变载流子浓度从而改变材料的折射率，进而改变光在波导中的传播常数。幅度调制主要利用物理方式改变材料的吸收系数从而改变出射光的强度。目前最常见的方式是将两者结合，在相位调制的基础上，通过马赫曾德尔或者微环结构将相位变化转换为幅度的变化，这种方式可以更加容易的通过探测器直接检测到。

但对于硅基的马赫曾德尔结构的调制器，由于单晶硅是中心反演对称晶体，因而不具备线性的电光效应。这使得纯硅基的调制器目前主要的通过等离子色散效应，利用半导体材料中的载流子变化，从而改变材料的折射率，引起光相位变化，实现光相位调制。其在1550波段下变化如下公式所示：

Δn＝8.8×10^-22ΔN_e+8.5×10^-18(ΔN_h)^0.8

Δα＝8.5×10^-18ΔN_e+6.0×10^-18ΔN_h

其中n为材料的折射率，α为材料的吸收系数，Ne为材料中电子的掺杂浓度，Nh为材料中空穴的掺杂浓度。从上式可以看出，当材料中的载流子浓度发生变化时，往往也会伴随着材料吸收系数的改变。因此，对于马赫曾德尔结构的硅光调制器，当一束光信号经过3dB分束器后，分成光强相同的两束光，但当其中一调制臂进行调制后，由于吸收系数的不同，这种伴随的强度调制将会在两臂之间产生不同的光场衰减,合束时的两束光的强度不再相等,从而使干涉仪输出端的调制深度下降(开关器件则降低了消光比)。同时,载流子吸收将会使器件工作时产生额外的吸收损耗。所以，对于传统的基于等离子色散效应的马赫曾德尔调制器，由于消光比低，误码率高等问题，严重阻碍了其广泛应用的可能性。

鉴于上述硅光子调制器出现的问题，本发明提出了一种高消光比的硅基马赫曾德尔调制器结构。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种基于分光比可调MMI的高消光比的硅基MZI调制器，本发明通过对多模干涉分路器及多模干涉耦合器进行操作，可以有效的解决当前基于马赫曾德尔型硅光调制器消光比低的问题。

本发明技术方案是：一种基于分光比可调MMI的高消光比的硅基MZI调制器，包括光输入通道1、与光输入通道1相连接的多模干涉分路器2、光输出通道3、与光输出通道3相连接的多模干涉耦合器4；所述多模干涉分路器2及多模干涉耦合器4通过光传输波导5连接，且光传输波导5上附有能负载信号的调制移相臂6；多模干涉分路器2还包括位于顶部的第一附载电极7、第一多模干涉波导23及两个多模干涉分路器输出端口8，多模干涉耦合器4同样包括位于顶部的第二附载电极7、第二多模干涉波导23及两个多模干涉耦合器输入端口9。

作为本发明的进一步方案，所述多模干涉分路器2及多模干涉耦合器4分别通过第一附载电极7、第二附载电极7进行分光比调节。