专栏首页硅光技术分享Mach Zehnder电光调制器:集总电极与行波电极

Mach Zehnder电光调制器:集总电极与行波电极

今天主要调研下两种电极结构的Mach-Zehnder电光调制器,并做一些简单的比较。对调制器这块还不是特别熟悉,如果有什么写错的地方,还请大家务必指出。

两种MZ调制器的结构分别是集总电极(lumped electrode)和行波电极(traveling wave electrode),示意图如下:

(图片来自文献1)

集总电极的结构比较简单,RF信号的传输方向与光信号的传输方向相垂直。 RF信号通过图(a)中的lumped电极输入,电极下的波导折射率受信号的调制,最终输出受RF信号调制的光信号。关于Groud电极的位置,文献1中提到是在芯片背面,也就是衬底那一侧。但是在一些文献中并没有在芯片背面设计接地的电极,而是在芯片正面,这可能是不同的设计。一点疑惑,留待解决。

集总电极型调制器的带宽主要受电极的寄生电容限制。通过增加集总电极的长度,可以提高调制效率。但是电极长度变长后,寄生电容变大,导致调制速度降低。通常集中电极型调制器的速度小于10 Gb/s。

为了进一步提高调制速度,人们提出了行波电极型结构。光的传输方向与RF信号的传输方向一致,如下图所示,

RF信号沿着传输线传输,当RF信号与光信号的速度相等,两者的相位一致,调制效率最高,理论的调制带宽是无穷大。采用行波电极结构,就避免了电极的寄生电容对调制速度的影响。另外可以通过增加RF传输线的长度来提高调制效率。为了防止RF信号的反射,通常还需要外接一个负载。行波电极型的调制带宽满足下面的式子,

其中L是电极长度,c是光速,Nm是RF信号的有效折射率,n_e是光信号的有效折射率。当Nm和n_e接近时,delta_f可以非常大。实际设计中,需要对行波电极精心设计,以达到RF速率与光波速率失配、微波源阻抗与传输线特性阻抗匹配,从而使得调制带宽大、驱动电压小。

行波电极结构还可以细分为两种:(1)共面波导型 (coplanar waveguide),(2) 微带线型(microstrip line),如下图所示,

(图片来自文献2)

共面波导型结构中,RF信号输入进中间较细的电极中, 两个较宽的电极接地。

行波电极调制器的设计有点类似波导型PD的设计Photodiode的结构类型,某一个参数(电极长度、本征区的厚度和面积)导致两个性能指标间存在trade-off,整体性能无法达到最优。通过改变结构,增加一个维度进行设计,规避问题,从而达到较优性能的设计。

以上是对两种电极结构的MZ调制器的粗浅介绍,认识还不是很深刻,有些概念也是初次接触,很多细节问题还没有搞透彻。文章中如果有任何错误和不严谨之处,还望大家不吝指出!

参考文献:

  1. H. Venghaus and N. Grote, Fibre Optic Communication
  2. D. Patel, Phd thesis, Design, Analysis, and Performance of a Silicon Photonic Traveling Wave Mach-Zehnder Modulator

本文分享自微信公众号 - 光学小豆芽(photonwalker),作者:Photonwalker

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2017-10-01

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

  • 基于光芯片的内存内计算(memory-in computing)

    这篇笔记介绍一篇牛津大学在光子计算领域的最新进展,该文章发表于最新一期的Science Advances,标题为“In-memory computing on ...

    光学小豆芽
  • 初识PAM4

    今天主要介绍下PAM4,笔者对此也是刚刚接触,如果有理解错误的地方,还请大家指出。

    光学小豆芽
  • 相干光通信系统

    传统的光通信系统,采用强度调制/直接检测方案(intensity modulation and direct detection, 简称IMDD)。这一方案中,...

    光学小豆芽
  • 令人激动!谷歌推强化学习新框架「多巴胺」,基于TensorFlow,已开源丨附github

    上周那个在DOTA2 TI8赛场上“装逼失败”的OpenAI Five,背后是强化学习的助推。

    量子位
  • VBA编写Ribbon Custom UI编辑器04——解析xml

    目标是要把customUI.xml解析为二维数组,数组的第0行记录的是属性,第一列记录的是元素,其他地方存储的是属性的值。

    xyj
  • Kali Linux Web渗透测试手册(第二版) - 1.3 - 靶机的安装

    thr0cyte,Gr33k,花花,MrTools,R1ght0us,7089bAt,

    用户1631416
  • SqlServer 获取数据库全部字段

    用户2657851
  • 谷歌用AI“摄影”大师,把街景变成专业级作品 | 附论文&作品全集

    安妮 编译自 CNBC 量子位出品 | 公众号 QbitAI 继上月把谷歌街景拿来研究城市变迁后,本月街景继续解锁新打开方式——将街景变为专业级的“摄影”作品。...

    量子位
  • 从 Pokémon Go 谈 AR 游戏开发

    Pokémon Go一出,新鲜的玩法、经典的IP效应让这款使用了Unity以及AR技术的手游火遍了“大洋”南北。可惜的是这款新鲜的游戏还没有惠及中国市场的玩家们...

    WeTest质量开放平台团队
  • 杂谈之如何去学习一门新技术

    lyb-geek

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券