低偏壓大帶寬電光調製器的製作方法

2023-05-15 06:16:36

本發明屬於光通信技術領域，尤其是涉及了一種基於電光調製波導的低偏壓大帶寬電光調製器，適用於光通信系統中對光的相位和強度進行調製。

背景技術：

二十一世紀人類社會已經邁入資訊時代，網際網路科技的飛速發展引發了新一次科技革命，對通信容量的需求成指數增長。光通信技術憑藉其高帶寬、低串擾、抗幹擾、低損耗等優點，已經成為當前通信的主流技術。光電器件作為光通信技術中的核心器件，其性能指標已經難以滿足日益增長的超高速傳輸需求，逐漸成為超大容量光通信技術發展的瓶頸。在已經提出的各種解決方案中，矽基光子集成迴路作為最具潛力的方案之一，自其概念被提出以來就受到極大關注，並取在單個器件的性能方面已經取得相當顯著的進展，特別是近年來矽光子技術的成熟，吸引了全世界相關行業的廣泛關注。對於無源光子集成器件，矽光子技術憑藉其先天優勢，已實現了各類高性能器件。然而，對於有源器件，矽材料由於其自身特性受到限制。電光調製器作為最重要的有源器件之一，其功能是實現電信號到光信號的轉換，是發射機的核心元件，一直是矽基集成光電子器件中急需突破的關鍵技術。

實現高速的電光調製，最有效的方法之一是利用電光效應，即在電光材料中，折射率變化與外加電場變化成線性關係。但矽材料中這種線性電光效應微乎其微，因而無法直接用以實現基於矽材料的電光效應的高速光調製器。另一種方法是利用基於等離子體色散效應的技術，即：通過外加電場調控半導體內載流子濃度，從而引起半導體材料折射率實部和虛部變化，由此實現光調製功能。矽材料中載流子濃度調控是一個納秒-皮秒量級的過程，可實現幾十gbps的高速光調製。對於已報導的基於等離子體色散效應的全矽調製器，其尺寸為10mm2左右，半波電壓約8v，偏置電壓約5v，同時需要較多熱光相移器輔助工作，仍然存在器件尺寸較大、功耗較高、偏壓高等缺點。因此，綜合考慮器件尺寸、功耗、驅動電壓、插入損耗等指標，全矽調製器與已有商用的基於鈮酸鋰的分立電光調製器仍然有較大差距。

在矽光子集成迴路中另一種較具潛力的調製器實現方法，是將電光材料(例如最常用的電光材料鈮酸鋰，已被廣泛應用於商用的分立電光調製器器件)與矽納米波導相結合。電光聚合物材料是一種常用在矽基集成器件上的電光材料，擁有電光係數大、薄膜工藝簡單、與現有工藝基本集成等優點，非常適合製作低工作電壓、高調製效率、小器件尺寸的調製器，同時由於電光聚合物材料通常是絕緣的介質，因此可以實現超低功耗的電光調製器。儘管目前已有一些矽基的電光聚合材料調製器相關報導，但仍然只是單一性能指標(調製速率/帶寬、工作電壓、器件尺寸)的突破，在綜合性能上仍存在諸多不足，因此矽基的大調製帶寬、低工作電壓、高調製效率、低工作能耗和小器件尺寸的電光調製器仍然是一個挑戰。

技術實現要素：

針對背景技術中存在的問題，本發明的目的在於提供了一種基於電光調製波導的低偏壓大帶寬電光調製器，可以實現更小的驅動電壓、更緊湊的尺寸、更大的調製帶寬和更低的工作能耗，同時本發明具有結構簡單、設計簡易、工藝簡便等優點，在矽光子集成迴路中，有著重要的作用。

本發明所採用的技術方案是：

所述電光調製器為具有電光調製波導的相位調製器、馬赫-曾德型電光強度調製器和微環諧振腔型電光強度調製器，用調製電極向電光調製波導施加電場實現光強或者相位的調製，調製電極與電光調製波導形成電連接。

所述的電光調製波導是由多個波導單元沿傳輸方向以相同周期或者變化周期的叉指交替布置方式構成的波導結構，波導單元間的間隙和波導單元的尺寸為可以相同或者不同。波導結構的周期尺寸小於等於工作波長。

所述具有電光調製波導的相位調製器包括包層結構及其被包覆在包層結構內的輸入波導、電光調製波導、第一調製電極、第二調製電極和輸出波導；輸入波導、電光調製波導和輸出波導依次相連，第一調製電極和第二調製電極分別位於電光調製波導附近的兩側，並分別與電光調製波導中兩側的周期結構波導電連接。兩側可以是沿傳輸方向的左右兩側或上下兩側。

所述的具有電光調製波導的馬赫-曾德型電光強度調製器包括包層結構及其被包覆在包層結構內的輸入波導、功率分配器、第一連接波導、第二連接波導、第一電光調製波導、第二電光調製波導、第一調製電極、第二調製電極、第三調製電極、第三連接波導、第四連接波導、功率合束器和輸出波導；輸入波導和功率分配器的輸入埠相連，功率分配器的兩個輸出埠分別和第一連接波導、第二連接波導輸入端相連，第一連接波導輸出端經第一電光調製波導和第三連接波導輸入端連接，第二連接波導輸出端經第二電光調製波導和第四連接波導輸入端連接，第三連接波導、第四連接波導輸出端分別和功率合束器的兩個輸入埠相連，功率合束器輸出埠和輸出波導相連；第一調製電極和第三調製電極分別位於第一電光調製波導和第二電光調製波導的兩外側，第二調製電極位於第一電光調製波導和第二電光調製波導之間，從而使得第一調製電極和第二調製電極分別位於第一電光調製波導附近的兩側，並分別與第一電光調製波導中兩側的周期結構波導電連接；同時第二調製電極和第三調製電極分別位於第二電光調製波導附近的兩側，並分別與第二電光調製波導中兩側的周期結構波導電連接。兩側可以是沿傳輸方向的左右兩側或上下兩側。

所述的具有電光調製波導的微環諧振腔型電光強度調製器包括包層結構及其被包覆在包層結構內的輸入波導、第一耦合波導、第二耦合波導、電光調製波導、第一調製電極、第二調製電極和輸出波導；輸入波導、第一耦合波導和輸出波導依次相連，第一耦合波導和第二耦合波導相耦合布置，第二耦合波導和電光調製波導首尾相連形成一個微環諧振腔；第一調製電極和第二調製電極分別布置在電光調製波導附近的兩側，並分別與電光調製波導中內外側的周期結構波導電連接。兩側可以是沿傳輸方向的左右兩側或上下兩側。

所述包層結構為具有對稱或者非對稱波導截面(垂直傳輸方向的截面)的包層結構。具體來說是，波導作為芯層被上包層和下包層包覆，上包層和下包層可以採用同種電光材料或者不同電光材料，折射率、電光係數可相同或者不同。

所述包層結構主要由上包層和下包層構成，波導作為芯層，上包層覆蓋於芯層之上，下包層位於芯層之下，上包層和下包層折射率相等。

所述包層結構在沿傳輸方向的截面上以芯層為中心上下不對稱或者左右不對稱，不對稱是指折射率不同或者厚度和寬度中至少有一個不相同。

所述包層結構沿傳輸方向的截面上下不對稱是指作為芯層的波導上下兩側的上包層和下包層的指折射率不同或者厚度和寬度中至少有一個不相同。

所述包層結構沿傳輸方向的截面左右不對稱是指作為芯層的波導左右兩側的包層的指折射率不同或者厚度和寬度中至少有一個不相同。

各個所述波導作為芯層，為全刻蝕波導、單側脊型波導或者雙側脊型波導；當為雙側脊型波導時，兩側脊的層數、高度或者長度可以相等或者不相等。

所述包層結構主要由覆蓋於芯層之上的上包層和位於芯層之下的下包層構成，波導作為芯層；各個所述調製電極同時位於上包層上部、上包層內部、下包層內部或者上包層與下包層之間，或者各個所述調製電極分別位於上包層上部、上包層內部、下包層內部或者上包層與下包層之間中的多個不同位置(優選在兩側對稱位置)。各個所述調製電極與波導芯層直接電連接或者通過其他導電材料與其點連接。

所述的上包層和下包層中，至少有一種使用高電光係數的電光材料，電光係數r33高達～192pm/v，普通商用電光材料的電光係數一般不超過100pm/v。

本發明具有的有益效果是：

本發明結構簡單、設計簡易、工藝簡便，與成熟的cmos(互補金屬氧化物半導體)工藝基本兼容。在性能方面，本發明的周期結構中，有大部分光能量分布在電光材料中，與普通矽納米線光波導相比，光與電光材料的作用得到明顯增強，波導中模式的等效折射率變化與電光材料折射率變化比值大於1，即δneff/δneop>1，普通波導中，該係數一般為0.5。同時，由於周期結構相鄰的波導間距很小，小至～100nm，因而調製電場在其中得到增強。

同時得益於電光聚合物材料高電光係數，本發明電光調製器可以實現極低的工作電壓和極小的器件尺寸(vπl＝0.23v·mm)，遠優於背景介紹中的鈮酸鋰分立調製器和基於矽的等離子體色散效應電光調製器，以及大部分已經報導的矽-有機混合型電光調製器。

本發明中電極結構具有較小的rc常數，配合電光聚合物材料極快的響應速度，可以實現非常大的調製帶寬(3db帶寬為176ghz)，大於大部分已經報導的調製器十幾到幾十ghz的3db帶寬。同時由於電光聚合物材料為絕緣的介質材料，在工作過程中電流極小，因此本發明的電光調製器具有極低的工作能耗(～1fj/bit)，優於已經報導的幾十至幾百fj/bit的功耗。

綜上，與背景介紹中現有電光調製器相比，本發明可以實現更更低工作電壓、更小器件尺寸、更大調製帶寬、更高調製效率、更低工作能耗，同時其製作工藝能與現有成熟的cmos工藝兼容，具備結構簡單、設計簡易、工藝簡便等優點。

附圖說明

圖1是本發明採用電光調製波導的高速電光相位調製器結構示意圖。

圖2是本發明採用電光調製波導的馬赫-曾德電光強度調製器結構示意圖

圖3是本發明採用電光調製波導的微環諧振腔電光強度調製器結構示意圖。

圖4是本發明具有對稱包層單側脊型波導結構的截面示意圖。

圖5是本發明第一種具有對稱包層雙側脊型波導結構的截面示意圖。

圖6是本發明第二種具有對稱包層雙側脊型波導結構的截面示意圖。

圖7是本發明第三種具有對稱包層雙側脊型波導結構的截面示意圖。

圖8是本發明第四種具有對稱包層雙側脊型波導結構的截面示意圖。

圖9是本發明具有非對稱包層單側脊型波導結構的截面示意圖。

圖10是本發明第一種具有非對稱包層雙側脊型波導結構的截面示意圖。

圖11是本發明第二種具有非對稱包層雙側脊型波導結構的截面示意圖。

圖12是本發明第三種具有非對稱包層雙側脊型波導結構的截面示意圖。

圖13是本發明第四種具有非對稱包層雙側脊型波導結構的截面示意圖。

圖14是本發明第一種電極位置的截面示意圖。

圖15是本發明第二種電極位置的截面示意圖。

圖16是本發明第三種電極位置的截面示意圖。

圖17是本發明第四種電極位置的截面示意圖。

圖18是本發明全刻蝕波導結構和第五種電極位置的截面示意圖。

圖19是本發明周期不變的波導結構俯視截面示意圖。

圖20是本發明周期變化的波導結構俯視截面示意圖。

圖21是本發明沿電光調製波導方向的模場分布。

圖22是本發明電光調製波導模式等效折射率隨電光材料折射率變化曲線。

圖23是本發明採用電光調製波導電光相位調製器的調製原理示意圖。

圖24是本發明採用電光調製波導電光相位調製器的電路示意圖。

圖25是本發明採用電光調製波導電光相位調製器的頻率響應曲線圖。

圖26是本發明採用電光調製波導的馬赫-曾德電光強度調製器的原理示意圖。

圖27是本發明採用電光調製波導的馬赫-曾德電光強度調製器的電路示意圖。

圖28是本發明採用電光調製波導的馬赫-曾德電光強度調製器的等效電路示意圖。

圖1中：1-輸入波導，4-電光調製波導，5a-第一調製電極，5b-第二調製電極，8-輸出波導。

圖2中：1-輸入波導，2-功率分配器，3a-第一連接波導，3b-第二連接波導，4a-第一電光調製波導，4b-第二電光調製波導，5a-第一調製電極，5b-第二調製電極，5c-第三調製電極，6a-第三連接波導，6b-第四連接波導，7-功率合束器，8輸出波導。

圖3中：1-輸入波導，9a-第一耦合波導，9b-第二耦合波導，4-電光調製波導，5a-第一調製電極，5b-第二調製電極，8-輸出波導。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，具有電光調製波導的相位調製器包括包層結構及其被包覆在包層結構內的輸入波導1、電光調製波導4、第一調製電極5a、第二調製電極5b和輸出波導8；輸入波導1、電光調製波導4和輸出波導依次相連8，第一調製電極5a和第二調製電極5b分別位於電光調製波導4附近的左右兩側或上下兩側，並分別與電光調製波導4中兩側的周期結構波導電連接。

如圖2所示，具有電光調製波導的馬赫-曾德型電光強度調製器包括包層結構及其被包覆在包層結構內的輸入波導1、功率分配器2、第一連接波導3a、第二連接波導3b、第一電光調製波導4a、第二電光調製波導4b、第一調製電極5a、第二調製電極5b、第三調製電極5c、第三連接波導6a、第四連接波導6b、功率合束器7和輸出波導8；輸入波導1和功率分配器2的輸入埠相連，功率分配器2的兩個輸出埠分別和第一連接波導3a、第二連接波導3b輸入端相連，第一連接波導3a輸出端經第一電光調製波導4a和第三連接波導6a輸入端連接，第二連接波導3b輸出端經第二電光調製波導4b和第四連接波導6b輸入端連接，第三連接波導6a、第四連接波導6b輸出端分別和功率合束器7的兩個輸入埠相連，功率合束器7輸出埠和輸出波導8相連；第一調製電極5a和第三調製電極5c分別位於第一電光調製波導4a和第二電光調製波導4b的兩外側，第二調製電極5b位於第一電光調製波導4a和第二電光調製波導4b之間，從而使得第一調製電極5a和第二調製電極5b分別位於第一電光調製波導4a附近的兩側，並分別與第一電光調製波導4a中兩側的周期結構波導電連接；同時第二調製電極5b和第三調製電極5c分別位於第二電光調製波導4b附近的左右兩側或上下兩側，並分別與第二電光調製波導4b中兩側的周期結構波導電連接。

如圖3所示，具有電光調製波導的微環諧振腔型電光強度調製器包括包層結構及其被包覆在包層結構內的輸入波導1、第一耦合波導9a、第二耦合波導9b、電光調製波導4、第一調製電極5a、第二調製電極5b和輸出波導8；輸入波導1、第一耦合波導9a和輸出波導8依次相連，第一耦合波導9a和第二耦合波導9b相耦合布置，第二耦合波導9b和電光調製波導4首尾相連形成一個微環諧振腔；第一調製電極5a和第二調製電極5b分別布置在電光調製波導4附近的左右兩側或上下兩側，並分別與電光調製波導4中內外側的周期結構波導電連接。

具體實施的周期結構波導是沿傳輸方向以相同周期性或者變化周期交替布置方式構成的波導結構。波導周期結構的間隙和尺寸為可以相同或者不同周期結。

如圖4～圖13，包層結構為具有對稱或者非對稱波導截面(沿傳輸方向的截面)的包層結構。包層結構主要由上包層100和下包層102構成，波導作為芯層101，上包層100覆蓋於芯層101之上，下包層102位於芯層101之下。芯層101為單側脊型波導或者雙側脊型波導。

如圖4所示，上包層100和下包層102採用同種電光材料，折射率相等。芯層101為單側脊型波導，脊型的一側被刻蝕，脊的層數為一層。

如圖5所示，上包層100和下包層102採用同種電光材料，折射率相等。芯層101位兩側脊型波導，脊型的兩側均被刻蝕，兩側刻蝕深度相同，脊的層數為一層，兩側脊的層數相同。

如圖6所示，上包層100和下包層102採用同種電光材料，折射率相等。芯層101位兩側脊型波導，脊型的兩側均被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，脊的層數為一層，兩側脊的層數相同。

如圖7所示，上包層100和下包層102採用同種電光材料，折射率相等。芯層101位兩側脊型波導，脊型的兩側均被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，兩側脊的層數不同。

如圖8所示，上包層100和下包層102採用同種電光材料，折射率相等。芯層101位兩側脊型波導，脊型的兩側均被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，兩側脊的層數不同。

如圖9所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為單側脊型波導，脊型的一側被刻蝕，脊的層數為一層。

如圖10所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為兩側脊型波導，脊型的兩側均被刻蝕，兩側刻蝕深度相同，脊的層數為一層，兩側脊的層數相同。

如圖11所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為兩側脊型波導，脊型的兩側均被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，脊的層數為一層，兩側脊的層數相同。

如圖12所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為兩側脊型波導，脊型的兩側均被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，兩側脊的層數不同。

如圖13所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為兩側脊型波導，脊型的兩側均被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，兩側脊的層數不同。

如圖14所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為兩側脊型波導，脊型的一側被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，兩側脊的層數相同，調製電極103位于波導芯層101上方與其接觸。

如圖15圖14所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為兩側脊型波導，脊型的兩側被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，兩側脊的層數相同，調製電極103位于波導芯層101一側與其接觸。

如圖16圖14所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為兩側脊型波導，脊型的兩側被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，兩側脊的層數相同，調製電極103位于波導芯層101下部與其接觸。

如圖17圖14所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為兩側脊型波導，脊型的兩側被刻蝕，兩側刻蝕深度不同，兩側脊的層數相同，調製電極103通過其他導電材料104與波導芯層101接觸。

如圖18所示，上包層100和下包層102採用不同種材料，其中至少一種為電光材料。芯層101為全刻蝕波導，調製電極103通過其他導電材料104與波導芯層101接觸。

如圖19所示，上包層100為電光材料，芯層101為周期不變的周期波導結構。

如圖20所示，上包層100為電光材料，芯層101為周期變化的周期波導結構。

如圖22所示，是本發明的電光相位調製器的工作原理，電光調製波導處於電光材料的包層中，在其兩側分別與一正一負的調製電極相連接，在兩個調製電極之間加一定電壓，由于波導材料的導電性，在相鄰兩個周期波導結構之間形成從電極正極指向電極負極的電場分布，根據電光效應，處於電場中電光材料的折射率會隨電場強度的改變而變化；因此，通過改變施加在兩個電極間的電壓，就可以改變位於兩個電極間電場中電光材料的折射率，從而也改變了經過這一段電光調製波導光的相位，實現了電光相位調製的功能。本發明的微環諧振腔電光強度調製器工作原理與電光相位調製器類似，通過微環諧振腔中的電光調製波導進行相位的調製，進一步實現微環諧振腔的諧振波長的改變，當輸入光的波長在微環諧振腔內的諧振狀態發生變化時(從諧振變為不諧振或者從不諧振變為諧振)，輸出光的強度也發生相應的變化，諧振時輸出光強很小，不諧振時輸出光強很大，約為輸入光功率。

如圖26所示，是本發明的馬赫-曾德電光強度調製原理，同上述電光相位調製器原理相似，當施加電場於電光調製波導時，通過波導的光相位發生變化，由於馬赫曾德兩個幹涉臂施加的電場方向相反，因此光相位變化符號相反，兩束經過不同相位變化的光在功率合束器發生幹涉，根據相位差不同，幹涉輸出的光強度也不同，因此通過改變施加在調製電極之間的電壓，改變兩束光的相位差，實現光強度的調製。

本發明的具體實施例子及其實施過程為：

實施例1

如圖1所示，採用電光調製波導的高速電光相位調製器，輸入波導1左側作為輸入埠，輸出波導8右側為輸出埠，第一調製電極5a和第二調製電極5b間施加電壓有兩種voff和von，使得本實施例器件對應有的兩種工作狀態off和on。

本實施例包層結構採用如圖5所示，調製電極布置採用如圖14所示，上包層採用一種電光係數為192pm/v的電光材料。

光從輸入波導1左側輸入，從左側進入電光調製波導4：

當工作狀態為off時，第一調製電極5a和第二調製電極5b間電壓為voff，電光調製波導4的等效折射率為neff，長度為l，則光經過電光調製波導4的相位增加k為真空中的波數，l為電光調製波段4的長度。

當工作狀態為on時，第一調製電極5a和第二調製電極5b間電壓為von，此時電光調製波導的相鄰指狀周期波導間產生如圖22的電場分布，由於電光材料的電光效應，位於電光調製波導的相鄰周期結構間的電光材料折射率在電場作用下發生改變：

其中，n是電光材料的原始折射率，r33是電光材料的電光係數，d是周期性結構中間的間距。由於電光材料折射率的改變，因此電光調製波導中模式的等效折射率也改變，它們之間的關係可以表示為：

△neff＝s△n

其中，△n表示電光材料的折射率改變量，△neff表示電光調製波導中模式的等效折射率改變量，s是模式等效折射率變化隨電光材料折射率變化的係數，在普通波導中，一般s＝0.5，在本發明電光調製波導中，模場分布如圖21所示，有較多光場分布在電光材料中，等效折射率的變化得到增強，根據圖25中，等效折射率隨電光材料折射率變化曲線得出，s＝1.145，遠高於普通波導結構。因而經過電光調製波導4的光相位增加也發生變化，可以表示為：

其中，k為真空中的波數，l為周期性結構的長度。由此，本發明基於電光調製波導的電光相位調製器半波電壓-長度可以表示為：

其中，vπ表示電光相位調製器的半波電壓，λ為工作波長。在此，給出本發明採用電光調製波導電光相位調製器的一組典型參數：d＝150nm,λ＝1.55μm，s＝1.145，n＝1.66，r33＝192pm/v，經計算可得，半波電壓-長度vπl＝0.23v·mm，遠小於已經報導的基於等離子體色散效應的集成全矽調製器和基於電光材料的矽基調製器。

如圖23所示，是基於電光調製波導的電光相位調製器的電路示意圖，其形式可以等效為圖24中的等效電路圖，經過計算，本發明的電光相位調製器，其加載在電光材料兩端的電壓veff，與輸入電壓vin之間的關係可以表示為：

其中，j表示虛數，c為相鄰兩個周期波導結構之間的電容，ω表示表示調製信號的角頻率，r表示周期波導結構的電阻，rs表示表示調製信號源的電阻，一般為50ω，n表示表示調製波導中所包含的周期性結構個數。

如圖26，所示為veff/vin與調製信號頻率f的關係曲線，由此，本發明採用電光調製波導的電光相位調製器，其由於電路rc常數限制的3db帶寬為176ghz，遠高於現有大部分採用矽等離子體色散效應和採用電光效應的調製器，後者的3db帶寬一般為幾十ghz。

根據能耗e計算公式：

其中，vpp為調製電壓峰峰值，c為調製器總電容，根據上述公式計算得到，本發明的電光相位調製器的能耗為1fj/bit，優於已經報導的幾十至幾百fj/bit的功耗。

實施例2

如圖2所示，採用電光調製波導的馬赫-曾德電光強度調製器，輸入波導1左側為輸入埠，輸出波導8右側為輸出埠。第一調製電極5a和第二調製電極5b間施加電壓有兩種voff1和von1，使得本實施例器件對應有的兩種工作狀態off和on。第三調製電極5c和第二調製電極5b間施加電壓有兩種voff2和von2，使得本實施例器件對應有的兩種工作狀態off和on。

本實施例包層結構採用如圖5所示，調製電極布置採用如圖14所示，上包層採用一種電光係數為192pm/v的電光材料。

光從輸入波導1左側輸入，進入功率分配器2，光被分成能量相同的兩束，光束a和光束b，分別進入第一連接波導3a和第二連接波導3b：

工作狀態為off時，第一調製電極5a和第二調製電極5b間電壓為voff1，第三調製電極5c和第二調製電極5b間電壓為voff2，光束a經過第一電光調製波導4a，相位增加為光束b經過第二電光調製波導4b，相位增加為光束a和光束b分別經第三連接波導6a和第四連接波導6b進入功率合束器7，當光束a和光束b合束時，相位差為

工作狀態為on時，第一調製電極5a和第二調製電極5b間電壓為von1，第三調製電極5c和第二調製電極5b間電壓為von2，根據上文中採用電光調製波導的電光相位調製器的工作原理，光束a經過第一電光調製波導4a，相位增加變化為光束b經過第二電光調製波導4b，相位增加變化為光束a和光束b分別經第三連接波導6a和第四連接波導6b進入功率合束器7，當光束a和光束b合束時，相位差為

根據馬赫-曾德幹涉儀的工作原理，從功率合束器7進入輸出波導8的光功率和光束a與光束b相位差之間的關係為：

其中，iin為從輸入埠輸入的光功率，iout為從輸出埠輸出的光功率，當取和不同值時，輸出埠輸出的光功率iout也不同(最佳調製效果下，)。

根據上述實施例1中相位調製器的工作原理，處於on狀態下和off狀態下光束a和光束b經過電光調製波導產生的相位差可以表示為：

如圖26所示，當在第一電極在第一調製電極5a與第二調製電極5b間和第二調製電極5b與第三調製電極5c間施加電壓時，第一調製電極5a與第二調製電極5b間的電場方向和第二調製電極5b與第三調製電極5c間的電場方向相反，故因此採用電光調製波導的馬赫—曾德電光強度調製器半波電壓-長度可以表示為：

在此，給出本發明採用電光調製波導馬赫-曾德型電光強度調製器的一組典型參數：d＝2μm,λ＝1.55μm，s＝1，n＝1.66，r33＝192pm/v，經計算可得，半波電壓-長度vπl＝0.12v·mm，遠小於已經報導的基於等離子體色散效應的集成全矽調製器。

如圖27所示，是採用電光調製波導的馬赫-曾德型電光強度調製器電路圖，其形式可以等效為圖28中的電路圖，由於其半波電壓-長度vπl＝0.12v·mm，僅為採用電光調製波導電光相位調製器的1/2，在同樣的工作電壓下，實現同樣的調製效果，其調製長度僅為電光調製波導的1/2，同時電光調製波導的馬赫-曾德型電光強度調製器採用了pull-push的結構，其第一電光調製波導4a和第二電光調製波導4b的電路為並聯結構，因此其等效電路與實施例1中電光相位調製器的等效電路相同，故其3db帶寬和能耗也與電光相位調製器相同，由rc常數限制導致的3db帶寬為176ghz，能耗為1fj/bit，這兩項參數均遠超已經報導或者商用的矽基電光調製器。

實施例3

如圖3所示，採用電光調製波導微環諧振腔電光強度調製器，輸入波導1左側為輸入埠，輸出波段5右側為輸入埠，輸入光為波長為λ的單波長光。第一調製電極5a和第二調製電極5b間施加電壓有兩種voff和von，使得本實施例器件對應有的兩種工作狀態off和on。

本實施例包層結構採用如圖5所示，調製電極布置採用如圖14所示，上包層採用一種電光係數為192pm/v的電光材料。

光從輸入波導1左側輸入，通過第一耦合波導9a和第二耦合波導9b組成的耦合區域：

當工作在off狀態時，第一調製電極5a和第二調製電極5b間電壓為voff，此時微環諧振腔的諧振波長λoff與輸入光波長λ相等，因此輸入光在微環諧振腔中諧振，輸入波導5右端沒有光輸出。

當工作在on狀態時，第一調製電極5a和第二調製電極5b間電壓為von，根據上文中採用電光調製波導的電光相位調製器的工作原理，位於電光調製波導的相鄰指狀周期波導間的電光材料折射率在電場作用下發生改變，光在微環諧振腔中的相位增加改變，導致微環諧振腔的諧振波長λon發生改變，並與輸入光波長λ不相等，因此輸入光在微環諧振腔中不發生諧振，將從輸出波導8右端輸出。綜上，通過第一調製電極5a和第二調製電極5b間電壓由voff變化為von，實現了光強度的調製。

本實施例中採用電光調製波導的微環諧振腔電光強度調製器，其調製結構與實施例1中採用電光調製波導的電光相位調製器結構相似，故其半波電壓-長度、調製速率的3db帶寬和能耗的計算與實施例1類似，不再贅述。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。