浙江大学光电科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室，浙江 杭州 310027
为了在使用相位电光调制器前能够快速准确地确定其半波电压，提出了一种基于频域互相关的干涉条纹相位差计算方法用于相位电光调制器的标定。该方法将条纹图像通过傅里叶变换转换成频谱图并对其进行滤波，将提取出的正负一级次频谱信息进行互相关操作，得到两张条纹图之间的相位差。为了验证所提方法在相位电光调制器标定中的作用，搭建实验系统，使得一路经过电光调制器的光与另一路光进行干涉后形成条纹像，改变电光调制器上施加的电压并用相机记录相位不同的干涉条纹，从而获得干涉条纹组，进而运用所提方法获得相位-电压对应关系。与轮廓法相比，所提方法快速且精度高。与迈克耳孙干涉法相比，该方法不需要重新搭建光路，操作迅速且能够达到相当的精度。
傅里叶光学 信号处理 频谱分析 相共轭 互相关 电光调制器 光学学报
2023, 43(23): 2307001
1 大连理工大学光电工程与仪器科学学院，辽宁 大连 116024
2 中国科学院理化技术研究所，北京 100190
3 中国科学院微电子研究所，北京 100029
对基于行波电极的硅-有机复合集成电光调制器进行研究，构建调制器的波导电极结构模型，分析特征阻抗和微波有效折射率对调制器频率响应的影响。通过对电极结构的仿真优化，完成调制器芯片的设计与制备，研究电光聚合物材料的片上极化工艺，得到高性能硅-有机复合集成电光调制器。对研制调制器电极的电学S（Scatter）参数进行测试，分析得到的电极特征阻抗和有效折射率与仿真设计结果基本相符。测试得到电光调制器的3 dB带宽大于50 GHz。
集成光学 电光调制器 硅-有机复合集成 行波电极 3 dB带宽 光学学报
2023, 43(23): 2313002
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学贝尔英才学院，江苏 南京 210023
随着光通信产业和光互联技术的高速发展，具有高调制速率且易集成的小尺寸电光调制器件研究越来越重要。提出了一种以硅绝缘体（SOI）材料为基底的光子晶体纳米梁腔（PCNC）反射壁下载型电光调制器。信号光经过主线波导后首先被锥形波导耦合进一维光子晶体纳米梁腔中，然后进入下载波导并输出。优化主线波导与下载波导中反射圆孔的位置与个数，可以提高器件的整体透射率。纳米梁腔采用圆孔形渐变孔径，使得光束更好地被束缚在腔内。同时，在纳米梁腔两侧引入掺杂以形成PN结，施加较低偏压以改变纳米梁腔的谐振波长，从而实现工作波长光信号的“通”“断”调制。运用三维时域有限差分（3D‐FDTD）法对调制器的光学特性和电学性能进行仿真分析。结果表明，该电光调制器可以实现波长为1550.01 nm的光信号调制，调制电压仅为1.2 V，插入损耗为0.2 dB，消光比为24 dB，面积仅为54 μm2，调制速率为8.7 GHz，调制带宽为122 GHz，调制速率下的能耗仅为4.17 pJ/bit。所提出的电光调制器结构紧凑，性能优异，有望应用于高速大容量光通信系统和集成硅光子技术等领域。
光通信 载流子色散效应 时域有限差分法 光子晶体纳米梁腔 硅基波导 电光调制器 中国激光
2023, 50(19): 1901005
BaTiO3凭借其较高的电光系数、优良的压电性质和非线性光学性质, 成为制备高性能电光调制器的关键材料。其制备方法、实验条件和衬底的选择等决定了薄膜的质量、生长取向和电光系数等, 进而影响电光调制器的传播损耗、半波电压、消光比等性能。本文从电光调制器的工作原理出发, 围绕BaTiO3薄膜的制备方法、实验条件和薄膜衬底等, 探讨了成膜的取向和质量的影响因素, 分析了各个BaTiO3薄膜制备方法的优缺点, 论述了波导的结构及参数, 并展望了未来优化BaTiO3薄膜制备和波导制作工艺的方向。
BaTiO3薄膜 电光调制器 波导 电光系数 化学气相沉积法 分子束外延法 BaTiO3 thin film electro-optic modulator waveguide electro-optic coefficient chemical vapor deposition method molecular beam epitaxy method
中国电子科技集团公司 第四十三研究所, 合肥 230088
针对传统铌酸锂电光调制器体积大、带宽小等技术问题, 提出了一种基于薄膜铌酸锂调制器芯片的新型电光调制器的设计方法, 给出了薄膜铌酸锂电光调制器高频传输仿真模型, 详细介绍了薄膜铌酸锂电光调制器的高频信号馈入设计、过渡薄膜基板高频阻抗匹配设计, 并测试了40 GHz小尺寸薄膜铌酸锂电光调制器的核心指标。测试结果表明: 设计的薄膜铌酸锂电光调制器插入损耗、半波电压、3 dB带宽、产品尺寸分别为4.1 dB、3.9 V、40 GHz、30 mm×10 mm×5 mm, 比传统铌酸锂电光调制器性能优越。
薄膜铌酸锂 电光调制器 光传输 微波光子 thin film lithium niobate electro-optic modulator optical transmission microwave photonic
1 重庆光电技术研究所, 重庆 400060
2 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
针对微波光子链路低噪声高线性度的应用需求, 研究了Mach-Zehnder (M-Z)型电光调制器波导交叉耦合效应对谐波抑制比的影响。首先通过OptiBPM和MATLAB联合仿真发现波导间交叉耦合效应会导致调制器射频电极与偏置电极工作点的偏移, 进而降低谐波抑制比; 其次利用特制的窄波导间距铌酸锂调制器实测验证了该现象, 最后提出了一种能快速检测M-Z型电光调制器交叉耦合效应的方法。文章不仅探索了波导结构对谐波抑制比的影响, 还为用于微波光子技术的脊波导及光子晶体薄膜铌酸锂调制器的研制提供了一定参考。
重庆大学 光电工程学院 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
薄膜铌酸锂调制器因其小尺寸、高带宽、低半波电压等优点, 成为近年来业内关注的热点。文章梳理了铌酸锂电光调制器的波导结构、电极结构及偏置点控制技术三个方面的相关研究进展, 分析了平面掩埋、脊型、光子晶体等三种不同结构波导的调制器性能, 讨论了铌酸锂调制器集总和行波两种电极结构的特点及其设计考量因素, 对比了电光调制器偏置点控制中功率法和导频法的优缺点及其相关研究成果。在此基础上, 进一步分析了为实现更小体积与更高带宽铌酸锂调制器所需的关键技术以及未来的研究方向。
1 中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室，北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院，北京 100049
铌酸锂薄膜调制器具有体积小、带宽高、半波电压低的优点，在光纤通讯和光纤传感领域具有重要应用价值，是近年来的研究热点。本文梳理了铌酸锂薄膜调制器的波导结构、耦合结构、电极结构的研究进展，总结了LN薄膜波导的制备工艺，并深入分析了不同结构调制器的性能。基于SOI和LNOI结构，薄膜调制器实现了VπL<2 V∙cm，双锥形耦合方案实现了耦合损耗<0.5 dB/facet，行波电极结构实现了调制带宽>100 GHz。铌酸锂薄膜调制器的性能在大多数方面优于目前商用铌酸锂调制器，随着波导工艺进一步提升，将成为铌酸锂调制器的热门方案。最后对铌酸锂薄膜调制器的发展趋势和应用前景进行了展望。
铌酸锂薄膜 LNOI 电光调制器 lithium niobate thin-film LNOI electro-optic modulator
针对硅基单端推挽驱动调制器的脊波导pn结部分结电容较大, 限制了调制器带宽进一步提高的问题, 提出了一种狭缝脊波导pn结结构。通过将脊波导pn结蚀刻一定尺寸的狭缝, 降低了pn结电容, 实现了带宽的提升。对两种pn结进行了仿真对比, 结果表明, 在相同电极结构与掺杂条件下, 狭缝脊波导调制器比脊波导调制器的电光带宽提升了约8.3GHz。基于优化的单端推挽驱动狭缝脊波导调制器, 仿真实现了90Gbit/s的OOK信号调制, 眼图消光比为14.69dB。
硅光子 电光调制器 行波电极 马赫-曾德尔干涉仪 pn结 silicon photonics electro-optic modulator traveling-wave electrode Mach-Zehnder interferometer pn junction
