A Lateral MOS-Capacitor Enabled ITO Mach-Zehnder Modulator for Beam Steering
在这里,我们实验证明了氧化铟锡(ITO)马赫-曾德尔干涉仪异质集成在硅光子。移相器部分实现在一个新的横向MOS配置,这是由于有利的静电重叠,导致有效的调制(VπL = 63 Vum)。这是通过(i)选择强折射率变化材料(ITO)和(ii)改善由静电场线验证的场重叠来实现的。此外,我们表明,该平台作为端射硅光子光学相控阵列(OPA)中的构建块,波导内具有半波长间距,具有预期的性能,包括窄主波束瓣(<3°)和>10 dB的旁瓣抑制,同时静电操纵发射轮廓高达± 80°,如果进一步设计,不仅可以在LiDAR系统中实现纳秒级快速光束控制能力,还可以在全息显示、自由空间光通信和光开关中实现。
2019-11-01 physics.app-ph physics.optics
110 GHz, 110 mW Hybrid Silicon-Lithium Niobate Mach-Zehnder Modulator
具有高光功率处理能力的高带宽、低电压电光调制器对于提高模拟光通信和RF光子链路的性能是重要的。在这里,我们设计并制作了一个薄膜的锂酸盐(LN)马赫-曾德尔调制器(MZM),它可以处理高的光功率为110 mW,而在1550 nm的3-dB带宽大于110 GHz。该设计不需要蚀刻薄膜LN,并且使用通过将LN键合到平坦化的硅光子波导电路而形成的混合光学模式。MZM中的高光功率处理能力通过仔细地使下面的Si波导逐渐变细以减少光学产生的载流子的影响而实现,同时保持高调制效率。MZM的$V_πL$乘积为3.1 V $.$ cm,片内光插入损耗为1.8 dB。
2022-10-26 physics.app-ph physics.optics
500 GHz plasmonic Mach-Zehnder modulator enabling sub-THz microwave photonics
宽带电光强度调制器对于将电信号转换到光域是必不可少的。对太赫兹无线应用的日益增长的兴趣要求调制器同时具有亚太赫兹范围的频率响应、高功率处理和非常低的非线性失真。然而,具有所有这些特性的调制器迄今尚未得到证实。在这里,我们通过实验证明,等离子体调制器不会权衡任何性能参数,同时具有10微米的短长度,超过500 GHz的创纪录高平坦频率响应,高功率处理和高线性度,并且我们使用它们来创建亚太赫兹无线电光纤模拟光链路。这些器件有可能成为微波光子学一般领域的新工具,使sub-THz范围可用于5G无线通信,天线遥控,物联网,传感等。
2018-12-31 physics.app-ph physics.optics
Optical Linearization of Silicon Photonic Ring-Assisted Mach-Zehnder Modulator
本文实验展示了硅光子环形辅助马赫-曾德尔调制器,通过光学域线性化和自动重配置算法,实现超过113 dB.Hz$^{2/3}$的无杂散动态范围,并提升调制斜率效率,可集成于射频光子SoC。
2023-08-30 physics.app-ph physics.optics
Heterogeneously Integrated ITO Plasmonic Mach-Zehnder Interferometric Modulator on SOI
密集集成的有源光子学是下一代片上网络解决占地面积和能源预算问题的关键。然而,在传统的有源硅光电子学中,弱的光-物质相互作用要求相当大的器件长度。理想的活性材料选择应该有利于高折射率调制,同时易于集成到硅光子平台中。氧化铟锡(ITO)提供了这样的功能,并且最近显示出有希望的调制能力。有趣的是,ITO的纳米薄单位强折射率调制协同地将混合等离子体中的高基团折射率与纳米级光学模式相结合。按照这种设计模式,在这里,我们展示了一个光谱宽带,GHz的快速马赫-曾德尔干涉调制器,表现出高效率的95 Vum的极小VpL表示,部署一个一微米的紧凑型静电可调谐等离子体移相器,基于异质集成到硅光子学的ITO薄膜。此外,我们表明,这种设备的范例,使整个电信近红外C波段的光谱宽带操作。这种单片集成到硅平台中的亚波长短高效快速调制器为高密度光子电路开辟了新的可能性,这对于光子神经网络的高互连密度或例如GHz快速光学相控阵中的应用至关重要。
2020-12-23 physics.app-ph physics.optics
Coupling-enhanced Dual ITO Layer Electro-absorption Modulator in Silicon Photonics
电光信号调制在现代技术和信息网络中提供关键功能。光子集成不仅能够实现光子组件的封装,而且由于共同设计解决了电气和光学器件规则,还提供了性能改进。然而,许多晶圆级光子电光调制器的毫米到厘米的大尺寸显著限制了片上缩放密度。为了解决这些局限性,在这里,我们实验证明了耦合增强的电吸收调制器异质集成一种新型的双栅氧化铟锡(ITO)相移可调谐吸收器放置在硅定向耦合器区域。我们的实验调制器显示了2 dB的消光比为一个只有4 μ m短的设备在4伏偏置。由于没有材料也没有光学谐振部署,该设备显示了光谱宽带操作,如这里所示,在整个C波段。总之,我们展示了一种调制器,该调制器利用来自活性材料的实部和虚部的强折射率变化,使得能够使用半导体制造厂附近的材料实现紧凑和高性能的调制器。
2019-05-28 physics.app-ph physics.optics
Coupling-controlled Dual ITO Layer Electro-Optic Modulator in Silicon Photonics
电光信号调制在现代技术和信息网络中提供关键功能。光子集成不仅能够实现光子组件的封装,而且由于共同设计解决了电气和光学器件规则,还提供了性能改进。然而,许多晶圆级光子电光调制器的毫米到厘米的大覆盖区显著地限制了缩放密度。此外,调制器具有基本的频率响应与能量敏感折衷,这是可以用基于耦合的调制器克服的限制,其中时间响应速度与光学腔光寿命解耦。因此,对谐振器的耦合效应被调制,而不是调谐谐振器本身的折射率。然而,硅的弱电光响应限制了这种耦合调制器的性能,因为波导总线和微波谐振器的微米短重叠区域不足以引起信号调制。为了解决这些限制,在这里,我们展示了一个耦合控制的电光调制器,通过异质性集成的双栅氧化铟锡(ITO)移相器放置在硅微环总线耦合器区域。我们的实验调制器显示约4dB的谐振消光比,约1.5dB的非谐振,低插入损耗为0.15 dB的一个只有4 μm短的设备,展示了一个紧凑的高10:1的调制损耗比。总之,我们展示了一种耦合调制器,使用强折射率可变材料,使紧凑和高性能的调制器,使用半导体铸造附近的材料。
2018-12-30 physics.app-ph physics.optics
Silicon-Organic Hybrid (SOH) Mach-Zehnder Modulators for 100 Gbit/s On-Off Keying
用于高速开关键控(OOK)的电光调制器是数据中心网络中短距离和中距离互连的关键部件。除了占地面积小和具有成本效益的大规模生产外,小驱动电压和超低功耗对于此类器件至关重要。在这里,我们证明了硅-有机混合(SOH)集成的概念非常适合应对这些挑战。该方法结合了大规模硅光子学的独特加工优势和通过有机材料分子工程获得的无与伦比的电光(EO)系数。在我们的概念验证实验中,我们使用π电压仅为0.9 V的1.1 mm长SOH马赫-曾德尔调制器(MZM)演示了线速率高达100 Gbit/s的OOK信号的生成和传输。该实验不仅代表了硅光子平台上100 Gbit/s OOK的首次演示,而且导致对于基于磁阻器的装置在此数据速率下所展示的最低驱动电压和能量消耗。我们支持我们的实验结果的理论分析,并表明,MZM的非线性传输特性可以利用,以克服调制器和电驱动电路的带宽限制。这些器件是在商业硅光子生产线上制造的,因此可以与标准硅光子器件的完整产品组合相结合。我们预计,高速高能效SOH调制器可能会对短距离光网络产生变革性影响,使紧凑型收发器具有前所未有的能效,这将成为未来Tbit/s数据速率以太网接口的核心。
2017-09-12 physics.app-ph physics.optics
Perspective of high-speed Mach-Zehnder modulators based on nonlinear optics and complex band structures
本文提出一种基于非线性光学和RF光子晶体复杂能带结构的高速行波马赫-曾德尔调制器电磁波分析视角,克服了传统电路模型的低效与不准确,在Si和LiNbO3平台上验证了其简单、准确和高效的优势。
2025-07-11 physics.app-ph physics.optics
ITO-based Electro-absorption Modulator for Photonic Neural Activation Function
近年来,集成光学已成为实现机器学习算法,特别是神经网络的一个有趣的平台。集成光子电路利用线性光学的加权机制,可以直接实现高效率、低功耗的矢量矩阵乘法运算。但是,对于需要非线性光学或具有适当动态范围的电光模块的激活函数来说,这并不是说。尽管全光学非线性光学可能更快,但其当前的集成具有挑战性并且效率相当低。在这里,我们展示了一种基于氧化铟锡层的电吸收调制器,其动态范围被用作光子神经元的非线性激活函数。非线性激活机制是基于光电二极管,它集成了称重产品,其光电压驱动电吸收调制器。突触和神经元电路,然后构建执行一个200节点MNIST分类神经网络用于基准的非线性激活函数,并与equivalentelectronic模块进行比较。
2019-05-31 physics.app-ph physics.optics
A Silicon Nitride Microring Based High-Speed, Tuning-Efficient, Electro-Refractive Modulator
绝缘体上硅(SOI)平台的使用对于实现CMOS兼容的高性能光子集成电路(PIC)来说非常重要。但近年来,SiN-on-SiO2(SiN-on-SiO2 $_2$)平台作为SOI平台的替代方案,用于实现高性能PIC,引起了越来越多的关注。这是因为其优于SOI平台的几个有益特性,例如低光学损耗、高热光稳定性、更宽的波长透明度范围以及对制造工艺变化的高耐受性。然而,基于SiN-on-SiO $_2$的有源器件(例如调制器)是稀缺的并且缺乏期望的性能,这是由于SiN材料中不存在基于自由载流子的活性以及将其它活性材料与SiN-on-SiO $_2$平台集成的复杂性。这一缺点阻碍了SiN-on-SiO $_2$平台实现有源PIC。为了解决这个问题,我们在这篇文章中展示了一个基于SiN-on-SiO $_2$微谐振器(MRR)的有源调制器。我们所设计的MRR调制器采用氧化铟锡(ITO)-SiN-ITO薄膜叠层,其中ITO薄膜充当SiN MRR的上下包层。ITO-SiN-ITO薄膜叠层利用ITO膜中的自由载流子辅助的高振幅折射率变化来实现器件中的大的电折射光学调制。基于静电、瞬态和时域有限差分(FDTD)模拟,使用光子学制造商验证的工具进行,我们表明,我们的调制器实现了280 pm/V的谐振调制效率,67.8 GHz的3 dB调制带宽,$\sim$ 19 nm的自由光谱范围(FSR),$\sim$…
2022-12-13 physics.app-ph physics.optics
Enhanced Polling and Infiltration for Highly-Efficient Electro-Optic Polymer-Based Mach-Zehnder Modulators
一种用于高效率、电光聚合物基集成光调制器的超窄槽波导。测量结果表明,在硅-有机混合平台上使用这种超窄缝波导的平衡马赫-曾德尔调制器,其$V_πL$小于1.2 V.mm是可能的。还获得了0.35 V.mm的模拟$V_πL$。除了采用标准配方外,我们还开发了两种新的制造工艺,用于实现具有高调制灵敏度的小型化器件。为了提高紧凑性和减少整体的足迹,我们使用的制造方法的基础上,厚,热回流,MaN 2410电子束抗蚀剂保护的氧化铝层的空气桥互连。为了克服高电流和聚合物不完美渗透到超窄槽中的挑战,我们使用精心设计的原子级薄层TiO $_2$作为载流子阻挡层,以提高电光聚合物的轮询效率。此外,时域有限差分模拟被用来优化TiO $_2$薄层的效果。与其他非优化的情况相比,我们的峰值测量电流降低了3倍;扫描电子显微镜图像也表明我们实现了几乎完美的渗透。由于TiO $_2$层的总电容的预期增加被示出为可忽略不计。事实上,将我们的TiO $_2$表面处理应用于我们的超窄槽,允许我们获得对于10 nm TiO $_2$层为$\sim$ 94%的改进的相移效率($\partial n / \partial V$)。
2022-03-10 physics.app-ph physics.optics
High-Performance Hybrid Silicon and Lithium Niobate Mach-Zehnder Modulators for 100 Gbit/s and Beyond
光调制器是光通信链路的核心。理想情况下,它们应该具有低插入损耗、低驱动电压、大调制带宽、高线性度、紧凑的基底面和低制造成本的特征。不幸的是,这些标准只在单独的场合实现。基于硅和铌酸锂混合集成平台,我们展示了马赫-曾德尔调制器,同时满足这些标准。该器件的插入损耗为2.5dB,电压长度积为2.2Vcm,线性度高,电光带宽至少为70 GHz,调制速率高达112 Gbit/s。高性能调制器是通过无缝集成基于铌酸锂的高对比度波导(最成熟的调制器材料)与紧凑、低损耗硅电路实现的。这里展示的混合平台允许“同类最佳”有源和无源元件的组合,为实现未来高速、节能和经济高效的光通信网络开辟了新的途径。
2018-11-02 physics.app-ph
High-performance thin-film lithium niobate Mach-Zehnder modulator on thick silica buffering layer
本研究在12微米厚二氧化硅埋层上采用周期性电容加载行波电极,实现了高性能薄膜铌酸锂马赫-曾德尔调制器,在C波段达到1.25 V·cm调制效率,67 GHz下滚降仅1.3 dB,简化了制造工艺并突破了电压-带宽限制。
2024-12-17 physics.app-ph physics.optics
Silicon-Organic Hybrid (SOH) Mach-Zehnder Modulators for 100 GBd PAM4 Signaling With Sub-1 dB Phase-Shifter Loss
我们报告紧凑和高效的硅有机混合(SOH)马赫-曾德尔调制器(MZM)与低移相器插入损耗为0.7 dB。280个$μ$ m长移相器的$π$ -电压长度乘积为0.41 V mm,损耗效率乘积小至$aU_πL = 1.0\space\rm{VdB}$。在数据传输实验中,我们产生开关键控(OOK)和四电平脉冲幅度调制(PAM 4)信号,符号速率为100 GBd,导致高达200 Gbit/s的线路速率的设备性能。误码率低于硬判决前向纠错(HD-FEC)的阈值,编码开销为7%,净数据速率为187 Gbit/s。这是有史以来1 mm以下硅光子MZM实现的最高PAM 4数据速率。
2020-02-19 physics.app-ph
High Performance Thin-film Lithium Niobate Modulator Applied ITO Composite Electrode with Modulation Efficiency of 1V*cm
针对薄膜铌酸锂调制器调制效率低、半波电压与调制长度存在权衡的问题,引入ITO透明导电氧化物复合电极,实现1.02 V*cm的超高调制效率,同时兼具108 GHz电光带宽,为下一代低成本高性能调制器及多通道光发射芯片小型化提供新方案。
2023-11-09 physics.app-ph physics.optics
100G Data Center Interconnections with Silicon Dual-Drive Mach-Zehnder Modulator and Direct Detection
在本文中,我们实验证明,硅双驱动马赫-曾德尔调制器(DD-MZM)具有很大的潜力,为下一代数据中心互连(DCI)。对于数据中心内部互连,使用工作在C波段的硅DD-MZM成功地产生了120 Gb/s奈奎斯特4进制脉冲幅度调制(PAM-4)信号,并在2 km标准单模光纤(SSMF)上传输,其误比特率(BER)为5.55 × 10 -4。对于数据中心间的互连,选择单边带(SSB)调制,以避免光纤色散和平方律检测引起的功率衰落。本文报道了采用相同的硅DD-MZM和Kramers-Kronig(KK)直接检波器产生和传输112 Gb/s奈奎斯特单边带PAM-4信号。采用双抽头数字后置滤波器和最大似然序列检测(MLSD)来补偿有限的系统带宽。在80 km SSMF传输之后,BER为2.46x10-3,低于3.8x10-3的7% HD-FEC阈值。据我们所知,我们的工作报告了基于硅DD-MZM的80 km SSB传输的最高单通道比特率。我们的研究也表明了硅光子调制器在未来的DCI应用的可行性。
2018-11-24 eess.SP physics.app-ph
High-Speed Femto-Joule per Bit Silicon-Conductive Oxide Nanocavity Modulator
通过结合光子晶体纳米腔的大Purcell效应和透明导电氧化物的强等离子体色散效应,具有异质集成氧化铟锡(ITO)的超紧凑硅调制器可以潜在地实现前所未有的能量效率,达到每比特阿焦耳。在这篇文章中,我们报告了第一个高速硅纳米腔调制器驱动的ITO栅极,实现2.2 GHz的带宽。通断键调制的测量高达5 Gb/s,只有2 V的电压摆幅和18.3 fJ/bit的能源效率。此外,我们进行了深入的能量效率和高频模拟的纳米腔调制器的分析,揭示了半导体导电路径和累积的自由载流子和腔谐振模式之间的重叠因子发挥的关键作用。基于我们的分析,我们提出了一种策略,进一步提高调制带宽到23.5 GHz的节点匹配掺杂和降低的能量消耗的范围内的数百阿焦耳每比特。
2020-03-03 physics.app-ph physics.optics
Plasmonic Ferroelectric Modulators
介绍了集成铁电等离子体激元调制器,该调制器具有带宽大、光工作范围宽、耐高温和超紧凑等特点。测量结果表明,调制带宽为70 GHz,温度稳定性高达250°C。具有10- $μ$ m长移相器的Mach-Zehnder干涉仪调制器在116 Gbit/s PAM-4和72 Gbit/s NRZ下工作。得到了消光比大于15 dB的宽开眼图,该器件速度快、稳定性好,易于在工业环境中使用。
2019-10-31 physics.app-ph physics.optics
Ferroelectric Nematic Liquid Crystal-Based Silicon Photonic Modulator Demonstrated at 102 Gbit/s PAM-4
首次实现硅与铁电向列相液晶混合集成调制器,在C波段以3.5 V偏置达成102 Gbit/s PAM-4调制,交流VπL为0.3 V·cm。
2025-07-19 physics.app-ph physics.optics
Radiation-induced Ionization Effects and Space Mission Requirements for Silicon Photonic Mach-Zehnder Modulators
本研究通过10-keV X射线辐照实验,揭示硅基光子马赫-曾德尔调制器在标准偏置下因总电离剂量效应导致带宽降低和误码率上升,并强调标准工作条件测试对空间任务评估的关键性。
2025-09-24 physics.app-ph
Integrated Electro-Optic Absorption Modulator for Silicon Nitride Platform
本文首次在氮化硅波导上实现基于ITO的高速电光调制器,展示5.7 dB插入损耗和约1 GHz带宽,工艺与CMOS兼容,为氮化硅光子计算平台开辟了新路径。
2024-12-30 physics.app-ph physics.optics
An ITO Graphene hybrid integrated absorption modulator on Si-photonics for neuromorphic nonlinear activation
本文提出并演示了一种基于ITO-石墨烯混合集成的硅光子电光器件,通过异质结构反向传递函数设计出类ReLU的非线性激活响应,并将其集成到光子神经网络中,以提高推理精度和能效。
2021-09-02 physics.app-ph physics.optics
Highly efficient acousto-optic modulation using nonsuspended thin-film lithium niobate-chalcogenide hybrid waveguides
高效的片上声光调制器作为微波-光转换的关键器件,在微波-光转换中占有特殊的地位。优选采用均匀的薄膜锂酸盐来构建形成声学谐振腔的悬浮配置,以提高装置的调制效率。然而,有限的腔长和复杂的制作工艺限制了调制效率的进一步突破,并对波导制造提出了挑战。在这项工作中,基于非悬浮薄膜锂硅酸盐-硫系玻璃混合马赫-曾德尔干涉仪波导平台,我们提出并演示了一种内置推挽式声光调制器,其半波电压长度积低至0.03 V cm,调制效率可与最先进的悬浮对应物相媲美。基于低功耗的优点,利用我们研制的内置推挽式声光调制器实现了微波调制链路。该声光调制器的优异性能得益于硫属化物薄膜优异的光弹性能和阻抗匹配叉指换能器激发的反对称瑞利声表面波模式的完全双向参与,克服了传统推挽式声光调制器中马赫-曾德尔干涉仪两臂上声表面波振幅差的问题。
2021-12-19 physics.app-ph physics.optics
A systematic evaluation of Silicon-rich Nitride Electro-optic Modulator design and tradeoffs
本文系统评估富硅氮化物电光调制器设计,通过分析χ^(3)非线性极化率与DC-Kerr效应线性化方法,数值证明可实现低至0.5 Vcm的V_π L_π,并论证其在CMOS兼容平台上实现高速调制的可行性。
2023-09-20 physics.app-ph physics.optics
Ultra-high-linearity integrated lithium niobate electro-optic modulators
集成微波光子学具有独特的电光特性、低光损耗和良好的可扩展性,是未来芯片级微波光子学系统的一个很有前途的平台。这种系统的一个关键推动因素是高度线性的电光调制器,它可以忠实地将模拟电信号转换为光信号。在这项工作中,我们展示了一个单片集成LN调制器的无杂散动态范围(SFDR)为120.04 dB Hz 4/5在1 GHz,使用环辅助马赫-曾德尔干涉仪配置。LN的固有线性电光响应和优化的线性化策略之间的出色协同作用使我们能够完全抑制三阶互调失真(IMD 3)的立方项,而无需主动反馈控制,从而比薄膜LN平台中的先前结果提高约20 dB。我们的超高线性LN调制器可以成为未来大规模功能微波光子集成电路的核心构建模块,通过进一步与LN平台上提供的低损耗延迟线,可调谐滤波器和移相器等其他高性能组件集成。
2022-02-25 physics.app-ph physics.optics
Giant electro-optic coefficient in single crystal barium titanate on oxide insulator based Mach-Zehnder interferometer
本研究在薄膜钛酸钡平台上实现了1268 pm/V的巨普克尔系数,接近体材料值,通过优化的湿法刻蚀制造单模波导并采用非平衡马赫-曾德尔干涉仪测量,为超低功耗集成光子器件提供了新方案。
2025-06-20 physics.app-ph physics.optics
Breaking the Baud Rate Ceiling of Electro-Optic Modulators Using Optical Equalization Technique
本文提出一种光学均衡技术,利用双驱动马赫-曾德尔调制器部分抵消响应降低信号升降时间,无需DSP即将硅调制器OOK速率提升至128 Gbaud,突破波特率上限并有望达到200 Gbaud以上。
2023-12-22 physics.app-ph physics.optics
Indium-Tin-Oxide for High-performance Electro-optic Modulation
本文综述了利用氧化铟锡(ITO)实现高性能超紧凑电光调制的研究,发现波导内联腔可显著提升消光比,并通过速度分析指出侧向偏置设计有望实现数百GHz的快速器件,且占地比硅光MZI小3个数量级。
2023-05-18 physics.app-ph physics.optics
Integrated lithium niobate intensity modulator on a silicon handle with slow-wave electrodes
分段或慢波电极已成为一种折射率匹配解决方案,以提高行波马赫曾德尔和绝缘体平台上的薄膜钛酸锂相位调制器的带宽。然而,这些装置需要使用石英手柄或衬底移除,从而增加成本和额外的处理。在这项工作中,高速双输出电光强度调制器的薄膜氮化硅和锂的材料系统,使用分段电极的RF和光学折射率匹配。该器件使用硅手柄,不需要去除衬底。硅柄允许使用较大的晶片尺寸以提高产量,并且使其本身适合于在可能不具有处理石英或熔融石英晶片的能力的已建立的硅铸造厂中进行处理。该调制器具有10 mm的相互作用区域,示出了3.75 V的DC半波电压,与先前的工作一致的大约45 dB的超高消光比,以及具有95 GHz 3 dB带宽的7.47 dB的光纤到光纤插入损耗。
2022-07-06 physics.app-ph physics.optics
A Silicon Nitride Microring Modulator for High-Performance Photonic Integrated Circuits
针对SiN-on-SiO₂平台缺乏高性能有源调制器的问题,本文提出采用ITO-SiO₂-ITO堆叠作为上包层的SiN微环调制器,通过仿真验证其具备高效率、宽带宽、低损耗等优异性能,推动该平台有源PIC的发展。
2023-06-12 cs.ET physics.app-ph physics.optics
A simple and fast frequency domain analysis method for calculating the frequency response and linearity of electro-optic microring modulators
介绍了一种利用雅可比-安格展开法分析微波调制器响应的快速、简便的频域方法。用该方法分析了共振调频微波调制器(FMMR)和耦合调制微波调制器(CMMR)。分析了这些调制器的线性度。计算了CMMR器件的三阶截点(IP 3),并与马赫-曾德尔干涉仪(MZI)调制器器件进行了比较。结果表明,CMMR器件的IP 3比MZI器件高12 dB。CMMR器件具有很高的二阶非线性,而MZI器件的二阶非线性为零。为了改善CMMR调制器的二阶非线性,提出了一种基于双CMMR调制器的新型结构。
2017-09-21 eess.SP physics.app-ph
Lithium Niobate Michelson Interferometer Modulator on Silicon-On-Insulator Platform
我们提出并证明了一种混合硅和锂的氧化物迈克耳孙干涉仪调制器(MIM)与马赫-曾德尔调制器相比,具有增强的调制效率。该调制器是基于无缝集成的高对比度波导的基础上,锂碳酸盐-一种流行的调制器材料-与紧凑,低损耗的硅电路。本器件的调制效率高达1.2 Vcm,插入损耗低至3.3 dB。3dB电光带宽约为17.5 GHz。在32 Gbit/s和40 Gbit/s下的光学眼图,测得的动态消光比分别为8dB和6.6dB。该器件避免了传统硅调制器中的吸收损耗和非线性,并在LN调制器中表现出最高的调制效率,在未来的光互连中显示出潜力。
2019-05-05 physics.app-ph
Sub-1 Volt and High-Bandwidth Visible to Near-Infrared Electro-Optic Modulators
本文实现了可见光至近红外波段的亚1伏特、高带宽薄膜铌酸锂电光调制器,并首次演示了该波段的集成电光频率梳和超傅里叶极限脉冲频率移动。
2023-02-09 physics.app-ph physics.optics
Piezoelectric MEMS Phase Modulator for Silicon Nitride Platform in the Visible Spectrum
SINTEF Digital(辛特夫数字);UiT- The Arctic University of Norway(挪威北极大学);University of Oslo(奥斯陆大学)
本文提出了一种基于硅氮化物平台的压电MEMS相位调制器,实现了超低功耗和高可扩展性的高效相位调制,适用于可见光谱中的光子集成电路应用。
2026-02-18 physics.app-ph physics.optics
Linear Optical Modulators for Prospective Communications at the 2 μm Waveband
2 μm波段是一个可能产生重大技术影响的领域,其应用范围包括光谱学、激光雷达和自由空间通信。掺铥光纤放大器、空芯光子带隙光纤和2 μm GaAs基二极管激光器的发展凸显了该波段在缓解现有通信基础设施中光纤容量危机方面的能力。上述情况引发了2 μm硅光子空间的蓬勃发展,该区域能够实现高度集成的光子电路,并可能以低成本和高产量实现。然而,到目前为止,2 μm处的调制器线性度尚未得到解决。该指标以无杂散动态范围为特征,对于许多应用至关重要,例如用于5G的RF光子链路和相干通信中的数字模拟传输。线性光调制器的发展将是至关重要的,使这些应用到2 μm。有鉴于此,这项工作是第一个解决2 μm处调制器线性度的工作,在此开发了环形辅助马赫-曾德尔调制器,表明无杂散动态范围高达95 dB.Hz^2/3。据发现,调制器无杂散动态范围对调制器偏置电压具有很强的依赖性,其中调制器偏置电压影响其中施加输入RF信号的传递函数的线性度。该调制器在2 μm硅光调制器中表现出良好的性能,带宽超过17.5GHz,调制效率为0.70 ~ 1.25V.cm。
2022-10-09 physics.app-ph physics.optics
Waveguide based Electroabsorption Modulator Performance
电光调制是数据通信的关键功能。考虑到处理的数据量巨大,了解片上调制器的复杂物理和权衡可以揭示尚未探索的性能机制。在这里,我们展示了基于波导的电吸收调制器的整体性能分析。我们的方法围绕材料特性,揭示可获得的光吸收,导致有效的模态横截面和材料加宽效应。两者合在一起完全描述了调制器的物理行为。我们考虑多个材料调制类别以包括诸如量子点的两能级吸收体、诸如ITO或硅的自由载流子积累或耗尽、诸如量子阱的半导体中的二维电子气、石墨烯中的泡利阻挡、以及诸如在过渡金属双硫属化合物中发现的二维原子分层材料中的激子。我们的研究结果表明,减少模态面积一般提高调制器的性能所定义的感应电荷的量,因此,能量每比特的功能,需要切换信号。我们发现,拓宽增加了所需的开关电荷的量。虽然一些材料类别允许减小的加宽,例如量子点和二维材料,由于它们减小的库仑屏蔽导致增加的振荡器强度,但加宽的锐度被与材料类别无关的热效应所掩盖。此外,我们发现,等离子体允许开关电荷和能量每比特功能减少约一个数量级相比,散装光子。该分析旨在指导社区根据现有和新兴材料预测预期的调制器性能。
2017-11-15 physics.app-ph physics.optics
A BaTiO3-Based Electro-Optic Pockels Modulator Monolithically Integrated on an Advanced Silicon Photonics Platform
为了在基于硅技术的光子学上开发新一代高速光子调制器,已经将具有大普克尔斯系数的新材料转移到硅衬底上。先前的方法集中于在专用硅衬底上实现独立器件,这与硅铸造厂中的制造工艺不兼容。在这项工作中,我们展示了基于钛酸钡(BTO)薄膜中的Pockels效应的电光调制器单片集成到光子集成电路(PIC)平台的后端线。分子晶片键合允许基于BTO的器件的完全PIC兼容集成,并且如图所示,可扩展到200 mm晶片。PIC集成的BTO马赫-曾德尔调制器在调制效率、损耗和静态调谐功率方面优于传统的Si光子调制器。该器件具有出色的VπL(0.2 Vcm)和VπLα(1.3 VdB)性能,工作速度高(25 Gbps),静态功耗低(100 nW)。我们的概念表明,在先进的硅光子平台的Pockels为基础的电光调制器单片集成的可能性。{ \c } 2019年美国光学学会。用户可以使用、再使用和构建文章,或将文章用于文本或数据挖掘,只要此类使用是出于非商业目的并保持适当的归属。保留所有其他权利。https://www.osapublishing.org/jlt/abstract.cfm? URI=jlt-37-5-1456出版日期:2019年3月1日这项工作得到了欧盟(EU)的部分支持,Horizon 2020资助协议编号为H2020-ICT-2015-25-688579(PHRESCO)和H2020-ICT-20…
2019-11-06 physics.app-ph physics.optics
A Guide for Material and Design Choices for Electro-Optic Modulators and recent 2D-Material Silicon Modulator Demonstrations
电光调制通过提供感知器的非线性激活功能来执行技术相关功能,例如用于通信、波束转向或神经形态计算。虽然硅光子学实现了光电子器件的集成并因此实现了其小型化,但是与从电子学已知的单个开关功能相比,硅的弱电光性能使得这些调制器体积庞大且耗电。为了更深入地了解调制器的物理和操作,新兴电光有源材料的异质集成可以使光无源和低损耗光路由与有源光操纵分离。在这里,我们讨论和审查我们最近的工作a)电光调制器的基本性能矢量,和b)展示异质集成新兴EO材料到Si光子学的最新发展,包括基于ITO的MZM,石墨烯混合等离子体激元和第一个使用微谐振器的TMD-MRR调制器。我们的研究结果表明,一个可行的路径,能源效率和紧凑的硅光子调制器。
2019-12-22 physics.app-ph
Engineering cm-scale true push-pull electro-optic modulators in a suspended GaAs photonic integrated circuit platform by exploiting the orientation induced asymmetry of the Pockels $r_{41}$ coefficient
该研究利用 GaAs 中 Pockels $r_{41}$ 系数的取向不对称性,在悬浮 PIC 平台上实现厘米级真推挽 MZI 电光调制器,并验证 MEMS 式悬浮波导有源器件潜力。
2025-04-15 physics.app-ph physics.optics
ITO-Based Microheaters for Reversible Multi-Stage Switching of Phase-Change Materials: Towards Miniaturized Beyond-Binary Reconfigurable Integrated Photonics
诱导大的折射率变化是可重构光子结构的圣杯,这一目标长期以来一直是发现新光学材料平台的驱动力。近年来,Ge-Sb-Te(GST)基相变材料在非晶态和晶态之间的折射率差异引起了可重构集成纳米光子学的极大关注。在这里,我们介绍了一个微加热器平台,采用光学透明和导电的铟锡氧化物(ITO)桥的快速和可逆的电气开关的GST相之间的结晶和非晶态。通过适当分配的电脉冲施加到ITO微加热器,我们表明,我们的平台允许注册几乎任何中间结晶状态到GST膜集成的顶部设计的微加热器。更重要的是,我们证明了GST相之间的非晶态和晶态的完全可逆性。为了展示使用这种混合GST/ITO平台用于小型化集成纳米光子结构的可行性,我们将我们设计的微加热器集成到马赫-曾德尔干涉仪的臂中,以实现与现有集成光子架构相比具有数量级更小的足迹的电可重构光学移相器。我们表明,光信号的相位可以逐渐转移到多个中间状态使用的结构,可以潜在地小于一个单一的波长。我们相信,我们的研究展示了在混合PCM光子器件中使用光学功能的超越二进制重新配置来形成全新的小型化可重新配置集成纳米光子学的可能性。
2020-03-20 physics.app-ph physics.optics
A sub-volt near-IR lithium tantalate electro-optic modulator
本文提出一种在737 nm下基于薄膜钽酸锂的低损耗集成电光Mach-Zehnder调制器,实现了0.65 V·cm的低半波电压-长度积、30 dB消光比和20 GHz带宽,且直流偏置漂移优于薄膜铌酸锂调制器。
2025-05-01 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Drive-noise tolerant optical switching inspired by composite pulses
马赫-曾德尔干涉仪中的电光调制器是集成光子学中光开关的常见结构。当以高开关速度操作时面临的挑战是来自电子驱动信号的噪声将影响开关性能。受Van Campenhout等人[Opt. Express,17,23793(2009)]的Mach-Zehnder晶格开关器件和来自被称为复合脉冲的核磁共振领域的技术的启发,我们提出了在开关的接通和关断状态下针对在切换的光学模式中编码的相位和强度信息提供针对驱动噪声的保护的开关。
2020-03-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Integrated thin film lithium niobate mid-infrared modulator
ETH Zurich(苏黎世联邦理工学院);School of Information Science and Technology, ShanghaiTech University(上海科技大学信息科学与技术学院)
本文提出一种高性能中红外调制器,利用铌酸锂在 Sapphire 上的特性,实现3.95-4.3μm波段的宽频带高速调制,展示10Gbit/s数据传输和80GHz梳状光生成,为中红外光子系统发展奠定基础。
2025-06-01 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Electro-Optic Modulator Combining Silicon Photonic Slot Waveguides with High-k Radio-Frequency Slotlines
电光(EO)调制器依赖于光和电信号与二阶非线性介质的相互作用。对于光信号,这种相互作用可以通过使用利用高折射率波导芯和低折射率EO包层之间的界面处的场不连续性的电介质槽波导结构来强烈增强。与此相反,电信号通常通过直接邻近光波导的导电区域施加。为了避免过多的光损耗,这些区域的电导率保持在中等水平,从而导致调制带宽的固有RC限制。在本文中,我们表明,这些限制可以克服扩展的缝隙波导的概念调制射频(RF)信号。我们的器件结合了一个RF槽线,依赖于钛酸钡作为高k电介质材料与传统的硅光子槽波导和高效的有机EO包层材料。在概念验证实验中,我们演示了一个1 mm长的马赫-曾德尔调制器,该调制器提供76 GHz的3 dB带宽和110 GHz的6 dB带宽以及1.3 V的小π电压(UπL = 1.3 V mm)。据我们所知,这代表了迄今为止用基于电介质波导的硅光子调制器实现的最大EO带宽。我们进一步证明了该设备的可行性,在数据传输实验中使用四态脉冲幅度调制(PAM 4)在线速率高达200 Gbit/s。我们的第一代器件为进一步改进留下了巨大的空间,并可能为高效硅光子调制器开辟一条有吸引力的路线,该调制器将1 mm以下的器件长度与1 V以下的驱动电压和超过100 GHz的调制带宽相结合。
2020-10-20 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable and Real-Time Nyquist OTDM Demultiplexing in Silicon Photonics
据我们所知,我们首次展示了硅光子学中相干多级奈奎斯特信号的可重构和实时正交时域解复用。不需要外部脉冲源,并且使用频率-时间相干性来利用Mach-Zehnder调制器对具有正交sinc-shaped奈奎斯特脉冲序列的输入奈奎斯特OTDM信号进行采样。所有的参数,如带宽和信道选择是完全可调的电域。通过在整个C波段(1530 nm - 1550 nm)上的解复用实验证明了该方案的可行性,由于发射机侧的实验约束,采用24 Gbaud Nyquist QAM信号。然而,具有仅16 GHz的3 dB带宽的硅Mach-Zehnder调制器可以解复用90 GHz光带宽的奈奎斯特脉冲,这表明在集成奈奎斯特收发器中有可能达到高达90 GBd的符号速率。
2021-10-19 eess.SP physics.app-ph
Ultra-High Electro-Optic Activity Demonstrated in a Silicon-Organic Hybrid (SOH) Modulator
高效的电光(EO)调制器关键地依赖于表现出强电光活性并且可以集成到高速和高效移相器结构中的先进材料。在本文中,我们展示了超高的设备EO的优值高达n3 r33 = 2300 pm/V的硅-有机混合(SOH)马赫-曾德尔调制器(MZM)实现使用EO发色团JRD 1。这是迄今为止高速调制器在任何工作波长下实现的最高材料相关器件内EO品质因数。1.5 mm长器件的π电压为210 mV,导致电压长度乘积UπL = 320 Vμm --这是基于低损耗介质波导的MZM的最低值。通过在低至140 mVpp的驱动电压下以40 Gbit/s的速度产生高质量的开关键控(OOK)信号,Q因子超过8,证明了器件的可行性。我们期望高效的高速电光调制器不仅将在光通信领域产生重大影响,而且还将为超快速光电信号处理开辟新的途径。
2018-04-23 physics.app-ph
Photonic crystal cavity IQ modulators in thin-film lithium niobate for coherent communications
针对TFLN平台IQ调制器尺寸大、不可级联的问题,提出基于双PhC腔的法布里-珀罗增强迈克尔逊干涉仪结构,实现GHz带宽、CMOS兼容电压下的可级联幅度与相位调制,支持密集集成与高信息密度收发器。
2023-12-27 physics.app-ph physics.optics
Silicon rich nitride-lithium niobate on insulator platform for photonics integrated circuits
提出SRN-LNOI混合集成平台,实现低损耗波导、多类无源器件及120 GBaud无数字补偿的LNOI马赫-曾德尔调制器。
2021-05-13 physics.app-ph physics.optics
High Performance Graphene Integrated Photonics Platform Enabled by Gold-assisted Transfer
本文通过金辅助转移技术构建高性能石墨烯集成光子学平台,实现高效热光调制器、高速电吸收调制器及马赫-曾德尔调制器,性能优于现有技术并具备CMOS兼容性。
2024-03-17 physics.app-ph physics.optics
Physics to System-level Modeling of Silicon-organic-hybrid Nanophotonic Devices
针对硅-有机混合纳米光子器件缺乏EDA兼容建模方法的问题,提出一种从物理到系统级的模块化仿真方法,经实验验证可高效建模多种调制器拓扑及大规模系统。
2024-12-17 physics.app-ph physics.optics
Local laser oxidation of titanium film for post-fabrication trimming of photonic integrated circuits
研究了激光局部氧化钛薄膜对介质光波导损耗和有效折射率的影响。一个精细的相位控制的工作点和消光比增强高达57 dB的集成光Ti:LiNbO 3马赫-曾德尔调制器被证明。该技术仅轻微影响电介质波导材料,并且非常有希望用于基于不同材料平台和制造技术的电介质波导的光子器件的高精度永久修整。
2022-09-24 physics.app-ph physics.optics
CMOS-compatible, piezo-optomechanically tunable photonics for visible wavelengths and cryogenic temperatures
我们展示了一个平台,在氮化硅光子集成电路的相位和振幅调制,通过压电光机械耦合使用紧密机械耦合的氮化铝致动器。该平台在CMOS代工厂中制造,能够实现可见波长的可扩展有源光子集成电路,并且压电致动功能不会在低温下性能下降。作为该平台潜力的一个例子,我们展示了一个紧凑的(~40 μm直径)氮化硅环形谐振器调制器工作在780 nm的固有品质因数超过150万,>10 dB的消光比变化与2 V的应用,开关时间小于4 ns,和0.5 pJ/bit的开关能量。我们在室温和7 K下表征示例性器件。在7 K时,该器件获得约20 Teraohms的电阻,使其能够以亚皮瓦电功率耗散工作。我们进一步展示了一个马赫-曾德尔调制器在同一平台上构建的压电可调相移臂,在室温下具有750 ns的开关时间常数和20 nW的稳态功耗。
2019-08-26 physics.app-ph
Automated manipulation of free space optical beams with integrated silicon photonic meshes
自由空间光学(FSO)为无线系统提供了有前途的解决方案,其中许多不同的设备需要通信和互操作,交换大量数据,如通信和传感器网络以及定位和测距技术。在这些应用中,光场的控制和操纵是需要正确地产生和正确地接收FSO光束,即使在不可预测的对象和湍流的存在下,在光路中。在这项工作中,我们使用可编程的马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的网格自动控制的复杂领域的辐射和捕获的光学天线阵列。该系统具有多种功能,包括利用非理想光学天线产生理想形状的光束,通过障碍物或漫射介质成像所需的场图案,以及识别插入FSO路径中的未知障碍物。与用于操纵FSO光束的传统设备(如空间光调制器(SLM))相比,我们的可编程电路可以通过自动控制策略进行自配置,并且可以与在同一光子芯片上实现的其它功能集成。
2021-04-16 physics.app-ph physics.optics