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宽带电光调制器的研究现状与新型硅基混合集成调制器的发展趋势作者：李金野于丽娟刘建国来源：《中兴通讯技术》2017年第05期摘要：雷达、电子对抗、无线通信正向着宽带化、集成化、阵列化的方向快速发展，对电光调制器的带宽、半波电压、尺度等提出了更加苛刻的要求。
分别对铌酸锂、磷化铟、硅基以及聚合物电光调制器进行了剖析，证明单一材料体系已难以满足系统应用需求。
指出硅基混合集成电光调制器融合了多种材料体系的优点，将会对未来微波光子模拟光传输链路和信息处理的发展提供强有力的支撑。
关键词：电光调制器；硅基混合集成；低半波电压；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近年来，雷达与电子对抗、无线通信等信息系统正朝着宽带化、集成化和小型化的方向快速发展。
陈松林等:基于硅基等离子超表面的可调太赫兹调制器34 《激光杂志》2021 年第 42 卷第 1 期 LASER K)URNAL(V〇l_42,No. 1,2021)基于硅基等离子超表面的可调太赫兹调制器陈松林\乐进％王伟俊2,蒋佳明\王怀兴2,余文峰11华中科技大学光学与电子信息学院，武汉430074;2华中科技大学武汉光电国家实验室，武汉430074摘要：由于硅对太赫兹的调制效果较差，所以从理论上和实验上研究了基于硅基等离子诱导透明（PIT)超表面的太赫兹调制器。
研究结果发现在透射光谱中可以观察到明显的透明窗口，该透明窗口是由2个谐振 器之间的近场耦合引起的。
实验结果表明，随着泵浦光功率的增加，透明窗口出现了蓝移。
当光泵功率从 0 mW增加到700 m W时，0.70 THz处的振幅调制深度可以达到80. 75%,同时研究了它的慢光效应。
设计的这 种新型的超表面结构增强了硅的调制效果，提供了一种实际应用的可能。
关键词：等离子体；诱导透明；调制器；太赫兹；超表面中图分类号:TN249 文献标识码：A doi：10. 14016/ki.jgzz.2021.01. 034Adjustable terahertz modulator based on silicon-based plasma meta-surfaceCHEN Songlin1 ,YUE Jin2,WANG Weijun2,JIANG Jiaming1,WANG Huaixing2,YU Wenfeng' ]School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China；1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics^ Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, ChinaAbstract ：Due to the poor modulation effect of silicon on terahertz,a terahertz modulator based on silicon-based plasma induced transparency (PIT)meta-surface was studied theoretically and experimentally.We have founded that a transparent window could be clearly observed in the transmission spectrum,which was caused by the near-field coupling between two resonators.The study results showed that when the optical power increased,the transparent window appeared blue shift.When the optical pump power increases from 0 m W to 700 mW,the modulation depth in 0.70 THz can reach 80. 75%，meanwhile its slow light effect has been studied.The designed new meta-surface structure enhances the modulation effect of silicon and provides a practical application possibility.Key words：plasma；induced transparency；modulator；terahertz；meta-surfacei引言近年来，电磁感应透明（EIT)在电磁波的调制方 面产生了深远的影响。
硅光iq调制器
硅光IQ调制器是一种利用硅光技术制造的光学器件，它可以实现光信号的调制和解调，是光纤通信中不可或缺的元器件之一。
硅光IQ调制器的原理是利用Pockels效应和电光效应。
当电场作用于硅光晶体时，会改变晶体的折射率，从而改变晶体中光波的相位。
通过控制电场的强度和方向，可以实现对光信号的调制。
与传统的调制器相比，硅光IQ调制器具有更高的调制速度和更低的驱动电压，因此被广泛应用于高速光通信系统中。
硅光IQ调制器的结构通常由多个波导组成，其中包括一个主波导和两个辅助波导。
主波导是用来传输光信号的，而辅助波导则是用来产生电场的。
当电场作用于辅助波导时，会产生电场分布，从而影响主波导中光波的相位。
通过控制电场的强度和方向，可以实现对光信号的调制。
硅光IQ调制器有两种工作模式：直调和差分调。
在直调模式下，只有一个波导被电场激活，而另一个波导则处于无电场状态。
在差分调模式下，两个波导都被电场激活，但电场的方向相反。
这两种模式都可以实现高速光信号的调制，但差分调模式具有更好的抗噪性能和更低的驱动电压。
硅光IQ调制器的应用非常广泛，主要用于光纤通信、光纤传感、光学成像和微波光子学等领域。
在光纤通信系统中，硅光IQ调制器通
常用于实现光信号的调制和解调，从而实现高速数据传输。
在光学成像中，硅光IQ调制器则可以用来实现光学相控阵，从而实现高分辨率的成像。
硅光IQ调制器是一种非常重要的光学器件，它的出现极大地促进了光纤通信和光学成像技术的发展，并为人们的生活带来了更加便捷和高效的通信方式。
硅基马赫曾德电光调制设计优化与实现周林杰;周砚扬;陆梁军【摘要】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.%对单端推挽驱动硅基调制器进行了优化设计和实验验证.为了获得较高的调制器性能,首先对PN结的结构参数和掺杂浓度进行了仿真优化,以提高调制效率并降低光传输损耗;其次,对行波电极的阻抗匹配、相位匹配和微波损耗予以了研究,重点分析了低掺杂平板区宽度、行波电极传输线宽度(TWE)和间距对调制性能的影响.在理论分析和仿真计算的基础上,对单端推挽驱动调制器进行了频谱测试、小信号响应测试和高速调制码型测试.调制器的片上插入损耗在7~9 dB,半波电压约为5 V.偏置电压为0 V时,优化后的调制器的带宽大于18 GHz,入射端反射系数低于-20 dB,行波电极具有较好的阻抗匹配.当反偏电压大于4 V时,调制器的带宽可增加到30 GHz以上,并且能实现56 Gbit/s的二进制强度(OOK)调制和40 Gbit/s的二进制相移键控(BPSK)调制.【期刊名称】《中兴通讯技术》【年(卷),期】2017(023)005【总页数】9页(P21-29)【关键词】电光调制器;硅基光电子;高速收发模块;光电子器件【作者】周林杰;周砚扬;陆梁军【作者单位】上海交通大学,上海200240;上海交通大学,上海200240;上海交通大学,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TN929.5硅基电光调制器由于其综合性能出众，吸引了全球各高校、研究所和企业的持续关注。
硅光调制器原理硅光调制器是一种基于硅光子学原理的光学器件，主要用于光通信和光网络领域。
它的工作原理是利用硅材料的光电效应和电光效应，通过对光信号的调制来实现光通信中的光信号传输、调制和解调等功能。
硅光调制器的基本结构由光波导、电极和电学调制器组成。
光波导是一种将光能引导在硅芯片上的结构，可以将光信号沿着特定的路径传输。
电极则用于对光波导中的载流子进行注入，从而改变硅材料的折射率。
电学调制器则利用电极对硅芯片中的载流子进行控制，从而实现对光信号的调制。
在硅光调制器中，光信号首先通过光波导传输到电学调制器区域。
在该区域，电极通过电流注入产生一个电场，该电场会影响硅材料的折射率。
当光信号通过该区域时，由于硅材料的折射率的变化，光信号的相位和强度也会相应改变。
通过调节电极注入的电流，可以实现对光信号的不同调制方式，如振幅调制、相位调制和频率调制等。
硅光调制器具有多种优点。
首先，由于硅材料的光电和电光效应较强，可以实现高速、高效的光信号调制。
其次，硅材料在光通信领域有广泛的应用，成本较低且易于集成，可以与其他硅光子学器件集成在一起，形成复杂的光子集成电路。
此外，硅光调制器还具有较大的带宽和较低的插入损耗等特点。
然而，硅光调制器也存在一些问题。
首先，由于硅材料的本征特性，硅光调制器的调制速度受到一定的限制。
其次，硅材料的光电和电光效应较小，需要较高的电压和功耗来实现有效的光信号调制。
此外，硅光调制器对光信号的波长较为敏感，需要进行波长匹配和精确的光耦合。
为了克服这些问题，研究人员正在积极开展硅光调制器的改进。
一方面，他们通过优化硅材料的结构和工艺，提高硅材料的光电和电光效应，以实现更高速的光信号调制。
另一方面，他们还研究新型的调制机制和材料，如基于能带工程的调制器和二维材料的调制器，以提高硅光调制器的性能和功能。
硅光调制器是一种基于硅光子学原理的重要光学器件，广泛应用于光通信和光网络领域。
通过利用硅材料的光电和电光效应，硅光调制器可以实现对光信号的高速调制和传输。
行波电极结构的硅基薄膜铌酸锂宽带电光调制器芯片行波电极结构的硅基薄膜铌酸锂宽带电光调制器芯片是一种用于光通信系统中的高速光电调制器。
它利用硅基材料和铌酸锂薄膜的优势，具有低插入损耗、高调制深度和宽电光带宽等特点。
本文将详细介绍该芯片的工作原理、设计优化以及应用前景。
硅基薄膜铌酸锂宽带电光调制器芯片采用行波电极结构，主要由硅波导层、铌酸锂薄膜和电极层组成。
其中，硅波导层是光传输的主体，铌酸锂薄膜是电光调制的关键部分，而电极层用于提供电场。
在工作时，光信号在硅波导层中传输，通过行波电极结构的电极层施加电场，使铌酸锂薄膜中的折射率发生变化，从而实现对光信号的调制。
电场的变化可以通过外部电源或驱动电路来实现，从而实现对光信号的调节与控制。
为了提高其性能，可以采用多种设计优化策略。
首先，通过改变硅波导的宽度和高度以及铌酸锂薄膜的厚度，可以调节光传输的模式和调制速度，进而实现对光信号的调节。
其次，通过优化电极层的布局和形状，可提高电场的分布均匀性，进而提高调制深度和响应速度。
此外，还可以利用外部微调机构对硅基薄膜铌酸锂宽带电光调制器芯片进行微调，以进一步优化大范围的电光调制性能。
硅基薄膜铌酸锂宽带电光调制器芯片在光通信系统中有广泛的应用前景。
首先，由于硅基材料和铌酸锂薄膜的成熟制备技术，该芯片制作工艺简单，成本较低，可以实现大规模的集成制造。
其次，由于其宽带电光带宽，可以实现高速数据传输，满足日益增长的光通信需求。
此外，该芯片的低插入损耗和高调制深度，使得它在光通信系统中的应用更加灵活多样。
总结来说，硅基薄膜铌酸锂宽带电光调制器芯片是一种提供高速、低插入损耗和高调制深度的光电调制器。
通过行波电极结构和优化设计，实现对光信号的调节与控制。
它在光通信系统中有广泛的应用前景，将为高速数据传输和光通信技术的创新发展提供重要支持。
等离子体色散效应硅基电光调制器等离子体色散效应(SPM)是一种色散过程，它可以通过改变介质中的折射率来改变光的相速度，从而改变光的频率。
硅基电光调制器是一种利用电场使光的折射率发生变化的光电调制器。
在本文中，我们将介绍等离子体色散效应硅基电光调制器的原理、工作原理、优点和应用。
等离子体色散效应硅基电光调制器的原理等离子体色散效应(SPM)是一种非线性光学现象，其基本原理是在介质中产生等离子体，从而改变介质的电子折射率。
等离子体是由高能电子激发产生的极化物质，在存在强激光场并且中间介质充电的条件下形成。
介质中等离子体的折射率与介质的折射率不同，而且在激光入射时会发生时间延迟(SPM)。
等离子体折射率随时间而变化，由此产生的光学相位对入射光的频率有影响，从而在介质中导致色散。
硅基电光调制器是一种利用电场使光的折射率发生变化的光电调制器。
由于硅是高折射率介质，其谐振腔长度可以缩短到毫米级，增强了等离子体色散效应。
硅基电光调制器可以通过电压控制器件中的光折射率来调制光的强度。
当外加电场使电荷在硅中移动时，由于电子和空穴的运动速度不同，导致硅中折射率变化。
调制器可以用来调制幅度、相位和频率等光特性。
等离子体色散效应硅基电光调制器的工作原理等离子体色散效应硅基电光调制器工作的基本原理是通过改变介质的折射率来调制光的相位。
作为一个典型的硅基电光调制器，在调制器的波导内缓慢进入激光束，所以利用波导的完美模式匹配导致激光束与波导模式相互作用。
当光束通过调制器时，激光的强度会随着电压的升高而下降。
然后，将小信号电压与输入光场锁定在共振频率处，从而产生极高的调制效率。
调制器中的多模谐振腔被用来增强等离子体色散效应。
如果折射率随时间变化，那么每个波段上的相位差就将变化。
当进入腔体内的激光穿过其中的调制器后，它们会被一个CGH (Computer Generated Hologram)投射到捕捉国光介质 (CCD) 上。
基于DMD的高速高精度空间光调制器现有主流商品化的空间光调制器（Spatial Light Modulator，SLM）基于硅基液晶[1]（Liquid Crystal on Silicon，LCoS）技术，存在着调制精度低、速度慢、幅度和相位无法独立调制等问题。
文章中提出的基于数字微镜阵列器件[2]（Digital Mirror Device，DMD）和共轴光学系统实现的空间光调制器克服了上述存在的问题，并且提高了其光强耐受度。
标签：空间光调制器；高速高精度空间光调制；数字微镜阵列Abstract：Spatial Light Modulator（SLM）， a commercial spatial light modulator available at present，is based on Liquid Crystal on Silicon（LCoS）. There are some problems such as low modulation precision，low speed，and the improbability of independent modulation of amplitude and phase. This paper puts forward the idea that the spatial light modulator is achieved based on Digital Micromirror Device（DMD）and coaxial optical system，which overcomes the above-mentioned problems and improves its light intensity tolerance.Keywords：Spatial Light Modulator（SLM）；high-speed and high-precision spatial light modulation；Digital Micromirror Device （DMD）引言空间光调制技术是信息光学、全息成像、高精度显示、显微成像等领域的关键核心技术之一。
等离子体色散效应硅基电光调制器等离子体色散效应硅基电光调制器引言：随着通信技术的快速发展，人们对高速、高带宽的光通信需求越来越大。
而硅基光电子技术作为一种有望实现集成光电子芯片的新型技术，被广泛研究和应用。
而等离子体色散效应硅基电光调制器作为硅基光调制器的一种，具有较高的速度和效率，成为了当前研究的热点之一。
一、等离子体色散效应硅基电光调制器的原理等离子体色散效应（Plasma Dispersion Effect，PDE）是指等离子体对光的传播速度产生的影响，它是光和等离子体之间的相互作用效应。
在硅基电光调制器中，当外加电场作用于硅波导上的等离子体时，会改变硅波导中的等离子体密度，从而改变光的传播速度，进而实现光的调制。
二、等离子体色散效应硅基电光调制器的结构等离子体色散效应硅基电光调制器一般由硅波导和等离子体层组成。
硅波导是光的传输通道，等离子体层则用于调制光的传播速度。
在等离子体层上加上外加电场，可以改变等离子体的密度，从而改变光在硅波导中的传播速度，实现光的调制。
三、等离子体色散效应硅基电光调制器的工作原理等离子体色散效应硅基电光调制器的工作原理可以分为两个步骤：调制和传输。
第一步是调制，当外加电场作用于等离子体层时，等离子体的密度会发生变化，从而改变硅波导中的折射率。
第二步是传输，当光经过调制后的硅波导时，由于等离子体的密度发生变化，光的传播速度也会发生变化，从而实现光的调制。
四、等离子体色散效应硅基电光调制器的优势高速度：等离子体色散效应硅基电光调制器具有高调制速度，可以实现高速光通信。
高效率：等离子体色散效应硅基电光调制器的能量损耗较小，能够实现高效率的光调制。
高集成度：硅基光电子技术具有高集成度的优势，因此等离子体色散效应硅基电光调制器可以与其他硅基光电子器件集成在一起，实现集成光电子芯片的制备。
五、等离子体色散效应硅基电光调制器的应用等离子体色散效应硅基电光调制器在光通信领域有着广泛的应用前景。
硅在半导体中的应用领域硅在半导体中的应用领域引言硅是一种常见的半导体材料，其在电子工业中的应用非常广泛。
本文将探讨硅在半导体中的应用领域，并重点介绍其在集成电路、太阳能电池和光电子器件中的作用。
一、硅在集成电路中的应用集成电路是现代电子产品的核心组件，其基本单位是晶体管。
硅由于具有良好的半导体性能与可控性，成为集成电路制造过程中的首选材料。
硅晶圆上的芯片通过控制电流的通断来实现数值计算、数据转换和信号处理等功能。
硅材料的物理和化学性质使其能够适应复杂的加工工艺，在制造高性能微处理器和内存芯片等领域占据重要地位。
硅在制造过程中可以控制其电阻率和禁带宽度，以实现不同功能的集成电路。
此外，硅还可以被掺杂产生N型或P型材料，用于形成晶体管的源、漏、栅等元件结构，实现集成电路中的场效应和双极性性能。
二、硅在太阳能电池中的应用太阳能电池是利用光能转化为电能的设备，其中硅材料的应用是最为广泛的。
硅太阳能电池的工作原理基于光生电压效应和光生电流效应，当太阳光照射到硅片表面时，光子激发了硅原子内的电子，形成载流子对。
通过引导电子流和空穴流，可以在硅材料中产生电流。
硅太阳能电池具有良好的稳定性、可靠性和长寿命等优点，被广泛应用于电力系统、航天探测器和家用电器等领域。
三、硅在光电子器件中的应用光电子器件是指利用光电效应将光能转化为电能或将电能转化为光能的器件。
其中，硅也扮演着重要的角色。
硅通过控制硅基材料的结构和掺杂，可以制造出集成光电子器件，如硅光探测器、硅电光调制器和硅光放大器等。
硅光探测器可以将光信号转化为电信号，用于光通信和光信息处理。
硅电光调制器可以控制光信号的幅度、相位和频率，用于光通信中的调制与解调。
硅光放大器可以放大光信号，提高光通信系统的传输性能。
这些硅基光电子器件在信息技术、通信和光能利用等领域正发挥着重要的作用。
结论硅在半导体中的应用领域非常广泛，特别是在集成电路、太阳能电池和光电子器件中的作用不可忽视。
