基于SOI的一维光子晶体纳米梁腔电光调制器
DOI:
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作者:
作者单位:

(1.南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院,江苏 南京 210023; 2.南京邮电大 学 贝尔英才学院,江苏 南京 210023)

作者简介:

陈鹤鸣(1958-),男,教授,博士生导师,主要从事光通信技术、信息光电子技术和光波技术方面的研究.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(61571237)和江苏省自然科学基金(BK20151509)资助项目 (1.南京邮电大学 电子与光学工程学院、微电子学院,江苏 南京 210023; 2.南京邮电大学 贝尔英才学院,江苏 南京 210023)


Design of SOI-based one-dimensional photonic crystal nanobeam cavity electro- optic modulator
Author:
Affiliation:

(1.College of Electronic and Optical Engineering & College of Microelectronics,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing,Jiangsu 210023,China; 2.Bell Honors School,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjin g,Jiangsu 210023,China)

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    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 25 μm2,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。

    Abstract:

    With the rapid development of optical communication and optical interconnection, it is of great significance to study electro-optic modulators with high modulat ion rate,small device size and easy integration.Based on silicon-on-insulator (SOI),a one-d imensional photonic crystal nanobeam cavity (PCNC) side coupled electro-optic modulator is proposed. According to the time-domain coupled mode theory,bus waveguide and one-dimens ional photonic crystal nanobeam cavity form side coupling structure.The one-dimensio nal photonic crystal nanobeam cavity with cylindrical tapered aperture enables bette r confinement of light beam in the cavity.By adjusting the structural parameters of the nanobeam cavity,the working wavelength within the communication band is selecte d.At the same time,according to the free carrier dispersion effect,doping is introduced on both sides of the nanobeam cavity to form p-n junction,which enables the resonant wavelen gth of the nanobeam cavity to be adjusted when a lower bias is applied,thus realizing the "on" and "off" modulation of the working wavelength light signal.Three-dimensional finite dif ference time domain (3D-FDTD) is used to analyze the optical characteristics an d electrical performance of the modulator.The results show that the insertion loss and extin ction ratio of the electro-optic modulator with a compact size of only 25μm2 and a low mod ulation voltage is only 1.175V at the operating wavelength of 1550.55nm are 0.04dB,18.2dB,respectively. The modulation speed is 8.3GHz and modulation bandwidth can reach 90GHz,which can be appliedto integrated photonic devices andhigh-speed optical communications fie ld.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

徐文凯,陈鹤鸣,胡宇宸.基于SOI的一维光子晶体纳米梁腔电光调制器[J].光电子激光,2021,32(7):791~798

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  • 收稿日期:2020-12-25
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  • 在线发布日期: 2021-11-12
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