基于SOI的一维光子晶体纳米梁腔电光调制器

摘要

随着光通信和光互联的高速发展,研究调制速率高、器件尺寸小且易于集成的电光调制器具有重要意义。提出了一种基于Si绝缘体材料(silicon-on-insulator,SOI)的一维光子晶体纳米梁腔(photonic crystal nanobeam cavity,PCNC)侧耦合电光调制器。根据时域耦合模理论,通过主线波导与一维光子晶体纳米梁腔形成侧耦合结构。采用圆柱型渐变孔径的一维光子晶体纳米梁腔,使光束更好的束缚在腔内,调整纳米梁腔的结构参数,使其工作在通信波段波长。同时,根据自由载流子色散效应,在纳米梁腔两侧引入掺杂形成p-n结,施加较低偏压调节纳米梁腔的谐振波长,从而实现对工作波长光信号的"通""断"调制。应用三维时域有限差分法(3D-finite difference time domain,3D-FDTD)对调制器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1550.55 nm的光信号调制,调制电压仅为1.175 V,插入损耗为0.04 dB,消光比为18.2 dB,尺寸仅为25μm^(2),调制速率为8.3 GHz,调制带宽可以达到90 GHz,可应用于集成光子器件及高速光通信领域。