CN106461985B - 电光调制器 - Google Patents

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Abstract

一种电光调制器(100)，用于将电信号调制到光载波中。所述电光调制器(100)包括：输入波导(g1)、分束器(g2)、两个对称的调制臂(e,f)、合束器(h2)、输出波导(h1)。所述调制臂(e,f)包括调制区波导、行波电极(190)和光栅结构(a,b)；所述调制区波导为金属‑氧化物‑半导体MOS结构；所述光栅结构(a,b)配置于所述调制区波导的两侧；所述电信号在所述行波电极(190)上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相匹配，从而能够增大电光调制器的带宽。

Description

电光调制器
技术领域
本发明涉及光电通信领域，尤其涉及一种电光调制器。
背景技术
近年来，随着硅基材料在光学领域不断取得突破性进展，人们对硅材料在光电集成领域的发展前景重新认识。硅光子器件正朝着体积小、速度快和稳定性高的方向发展。硅基电光调制器作为硅光子器件的一种常见的器件得到了一定的发展。硅基电光调制器利用硅材料中的载流子色散效应，即改变硅材料中载流子的浓度以改变硅材料的折射率，进而对通过硅材料的光实现调制。而改变硅材料中载流子的浓度需要依赖一定的电学结构。硅基电光调制器通常使用的三种结构为PIN结构(pin Junction)、PN结构(PN Junction)以及MOS结构(Metal Oxide Semiconductor)。PIN结构以及PN结构的电光调制器的调制效率较低，MOS结构的硅基电光调制器具有较高的调制效率因而得到广泛引用，但是其带宽较小，进而影响经由所述MOS结构的硅基电光调制器的信息传输速度。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种电光调制器，能够有效提高其带宽。
第一方面，
一种电光调制器，所述电光调制器用于将电信号调制到光载波中，
所述电光调制器包括输入波导、分束器、两个对称的调制臂、合束器、输出波导；
所述调制臂包括调制区波导、行波电极和光栅结构；
所述调制区波导为金属-氧化物-半导体MOS结构；
所述光栅结构配置于所述调制区波导的两侧；
所述电信号在所述行波电极上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相匹配。
在第一种可能的实施方式中，所述光栅结构的结构参数以及所述MOS结构的结构参数被配置为使得所述电信号在所述行波电极上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有光栅结构的调制器波导中的群折射率相匹配。
结合第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，所述电光调制器还包括：
硅衬底；
第一绝缘层，设置于所述硅衬底上；
所述输入波导、所述分束器、所述调制臂、所述合束器及所述输出波导设置在所述第一绝缘层上。
结合第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述电光调制器还包括：
第一类型轻掺杂区域，设置在所述第一绝缘层上，并沿第一方向形成所述光栅结构，所述光栅结构包括第一光栅结构及第二光栅结构，所述第一光栅结构及所述第二光栅结构之间形成一空隙区域，所述空隙区域沿第二方向延伸，所述第一光栅结构及所述第二光栅结构关于所述空隙区域对称；
第二绝缘层，设置于所述第一光栅结构及所述第二光栅结构上，并沿第三方向形成两个所述调制臂；
第二类型轻掺杂区域，设置在所述第二绝缘层上，所述第二类型轻掺杂区域及所述第一类型轻掺杂区加载电信号，其中，所述第一类型轻掺杂区域、所述第二绝缘层及所述第二类型轻掺杂区域依次重叠的部分形成所述金属-氧化物-半导体MOS结构。
结合第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，对于一固定波长的光载波，以及结构参数已被配置好的第一光栅结构及第二光栅结构，所述第二绝缘层的宽度与厚度比被配置为增大时，所述电信号在所述行波电极上的有效折射率增大，所述电光调制器的带宽增大。
结合第三种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述电光调制器还包括：
第一类型重掺杂区域，其数目为三个，沿所述第二方向设置在所述第一绝缘层上，一个第一类型重掺杂区域设置在所述空隙区域且与所述第一光栅结构及所述第二光栅结构连接，另外两个第一类型重掺杂区域分别设置在所述两个光栅结构的另一端且分别与两个光栅结构的另一端，所述第一类型重掺杂区域的掺杂浓度大于所述第一类型轻掺杂区域的掺杂浓度；
第二类型重掺杂区域，沿所述第三方向设置在所述第二类型轻掺杂区域上，且所述第二类型重掺杂区域的浓度大于所述第二类型轻掺杂区域的掺杂浓度；
第一类型重掺杂区域及第二类型重掺杂区域分别加载电信号以使所述第一类型轻掺杂区域及所述第二类型轻掺杂区域加载调制电信号。
结合第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，所述电光调制器还包括：
第三绝缘层，设置于所述第一光栅结构、第二光栅结构、所述第一类型重掺杂区域及所述第二类型重掺杂区域上，所述第三绝缘层对应所述第一类型掺杂区域及所述第二类型重掺杂区域分别设有第一过孔及第二过孔，所述第一过孔及所述第二过孔内填充导电物质，通过所述第一过孔及所述第二过孔加载电信号以分别向所述第一类型重掺杂区域及第二类型重掺杂区域加载电信号，所述行波电极设置在所述第三绝缘层上，所述行波电极与所述填充导电物质的第一过孔及第二过孔电连接，所述行波电极用于传输电信号。
结合第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，所述电光调制器还包括：
欧姆接触层，所述欧姆接触层设置在所述填充导电物质的第一过孔与所述第一类型重掺杂区域之间，及设置在填充导电物质的第二过孔与所述第二类型重掺杂区域之间。
结合第七种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，所述第二类型重掺杂区域包括第一部分及与第二部分，所述第一部分完全覆盖所述第二类型轻掺杂区域，所述第二部分自所述第一部分的一端向外延伸且不覆盖所述第二类型轻掺杂区域，所述第二过孔对应所述第二部分设置。
在第三种可能的实施方式中，所述第一方向垂直所述第二方向，所述第二方向平行于所述第三方向。
在第三种可能的实施方式中，所述第一类型为N型，所述第二类型为P型；或者所述第一类型为P型，第二类型为N型。
在第三种可能的实施方式中，所述电光调制器还包括：
第一类型重掺杂区域，其数目为一个，沿所述第三方向设置在所述第一绝缘层上的所述空隙区域且与所述第一光栅结构及所述第二光栅结构连接，所述第一类型重掺杂区域的掺杂浓度大于所述第一类型轻掺杂区域的掺杂浓度；
第二类型重掺杂区域，其数目为两个，沿所述第三方向设置且与所述第二类型轻掺杂区域位于同一层，所述第二类型重掺杂区域的浓度大于所述第二类型轻掺杂区域的掺杂浓度；
第一类型重掺杂区域及第二类型重掺杂区域分别加载电信号以使所述第一类型轻掺杂区域及所述第二类型轻掺杂区域加载调制电信号。
结合第十一种可能的实施方式，在第十二种可能的实施方式中，所述电光调制器还包括：
第三绝缘层，设置在所述第一光栅结构、所述第二光栅结构、所述第一类型重掺杂区域、所述第二类型轻掺杂区域及所述第二类型重掺杂区域上，所述第三绝缘层对应所述第一类型重掺杂区域及所述第二类型重掺杂区域分别设有第一过孔及第二过孔，所述第一过孔及所述第二过孔内填导电物质，通过所述第一过孔及所述第二过孔以分别向所述第一类型重掺杂区域及第二类型重掺杂区域加载电信号，所述行波电极设置在所述第三绝缘层上，所述行波电极与所述填充导电物质的第一过孔及第二过孔电连接，以传输电信号。
结合第十二种可能的实施方式，在第十三种可能的实施方式中，所述电光调制器还包括：
欧姆接触层，所述欧姆接触层设置在所述填充导电物质的第一过孔与所述第一类型重掺杂区域之间，以及设置在填充导电物质的第二过孔与所述第二类型重掺杂区域之间。
在第十四种可能的实施方式中，所述电信号在所述行波电极上的有效折射率等于所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相等，以使所述电信号在所述行波电极上的有效折射率等于所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调整区波导中的群折射率相匹配。
相较于现有技术，上述各个实施方式提供的电光调制器通过所述电信号在所述行波电极上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相匹配，提升了所述电光调制器的调制带宽。另一方面，所述光栅结构的设置，带来了慢光效应，提升了所述光载波的调制效率。因此，本发明通过调整所述电信号在所述行波电极上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制器波导中的群折射率匹配，以及光栅结构的设置，在提升所述电光调制器的带宽的同时，提升了所述光载波的调制效率。进一步地，所述第一类型轻掺杂区域、所述第二绝缘层、及所述第二类型重掺杂区域依次重叠的部分形成的结构为MOS电容结构。而所述MOS电容结构通过所述第一绝缘层设置在所述硅衬底上，这种结构被称为SOI。此种结构可以减小所述MOS电容结构与所述硅衬底上之间的寄生电容以及提高所述MOS电容结构的响应速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的第一较佳实施方式的电光调制器的顶视图；
图2为本发明提供的第一较佳实施方式的电光调制器沿A-A’线的剖面结构示意图；
图3为本发明提供的第一较佳实施方式的电光调制器沿B-B’线的剖面结构示意图；
图4为本发明提供的第二较佳实施方式的电光调制器的顶视图；
图5为本发明提供的第二较佳实施方式的电光调制器沿C-C’线的剖面结构示意图；
图6为本发明提供的第二较佳实施方式的电光调制器沿D-D’线的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请一并参阅图1至图3，图1为本发明提供的第一较佳实施方式的电光调制器的顶视图；图2为本发明提供的第一较佳实施方式的电光调制器沿A-A’线的剖面结构示意图；图3为本发明提供的第一较佳实施方式的电光调制器沿B-B’线的剖面结构示意图。在本实施方式中，所述电光调制器100用于将电信号调制到光载波中。所述电光调制器100包括输入波导g1、分束器g2、两个调制臂e，f、合束器h2及输出波导h1。所述调制臂包括调制区波导、行波电极190及光栅结构。所述调制区波导为金属-氧化物-半导体MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)结构，所述光栅配置于所述调制区波导的两侧，所述电信号在所述行波电极190上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相匹配。此时，所述电信号在所述行波电极190上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相匹配以使所述电光调制器100具有较大的带宽。在一实施方式中，所述电信号在所述行波电极190上的有效折射率等于所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制器波导中的群折射率匹配是指所述电信号在所述行波电极上的有效折射率等于所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相等。其中，所述光栅结构的结构参数以及所述MOS结构的结构参数被配置为使得述电信号在所述行波电极190上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有光栅结构的调制器波导中的群折射率相匹配。所述光栅的结构参数包括所述光栅结构的周期以及占空比。
所述电光调制器100包括：硅衬底110以及第一绝缘层120。所述硅衬底110的材料为硅，所述第一绝缘层120设置于所述硅衬底110上。所述输入波导g，所述分束器、所述调制臂、所述合束器及所述输出波导设置在所述第一绝缘层120上。所述输入波导g，所述分束器、所述调制臂、所述合束器及所述输出波导设置在所述第一绝缘层120上，这种结构被称为绝缘体上硅(Silicon on Insulation，SOI)。此种结构可以减小设置在所述第一绝缘层120上的器件与所述硅衬底110之间的寄生电容，并且可以提高所述设置在所述第一绝缘层120上的器件的响应速度。
所述电光调制器100还包括第一类型轻掺杂区域130，第二绝缘层140及第二类型轻掺杂区域150。所述第一类型轻掺杂区域130设置在所述第一绝缘层120上，并沿第一方向d1形成所述光栅结构。所述光栅结构包括第一光栅结构a及第二光栅结构b。所述第一光栅结构a及所述第二光栅结构b之间形成一空隙区域c，所述空隙区域c沿所第二方向d2延伸，所述第一光栅结构a及所述第二光栅结构b关于所述空隙区域c对称。所述第二绝缘层140设置于所述第一光栅结构a及所述第二光栅结构b上，并沿第三方向d3形成所述电光调制器100的两个所述的调制臂：第一调制臂e及第二调制臂f。第二类型轻掺杂区域150设置在所述第二绝缘层140上，所述第二类型轻掺杂区域150及所述第一类型轻掺杂区域130加载电信号。所述电信号用于对所述第一调制臂e及所述第二调整臂f上通过的光信号进行调制。其中，所述第一类型轻掺杂区域130、所述第二绝缘层120及所述第二类型轻掺杂区域150依次重叠的部分形成所述金属-氧化物-半导体MOS结构。其中，所述第一方向d1为所述第一光栅结构a及所述第二光栅结构b的齿状结构延伸的方向，如图1所示，所述第一方向与第一光栅结构a及所述第二光栅结构b中的任意一个齿状结构平行。也即，所述第一方向为沿AA’的方向，或为BB’的方向。在图1中，所述第二方向d2为所述空隙区域c的较长的一条边的方向平行。所述第三方向d3为两个调制臂延伸的方向。优选地，所述第一方向d1垂直所述第二方向d2，所述第二方向d2平行于所述第三方向d3。
在本实施方式中，所述第一类型轻掺杂区域130、所述第二绝缘层140及所述第二类型重掺杂区域170依次层叠的部分所形成的结构称为MOS电容结构。而所述MOS电容结构通过所述第一绝缘层120设置在所述硅衬底110上，这种结构被称为绝缘体上硅(Siliconon Insulation，SOI)。此种结构可以减小所述MOS电容结构与所述硅衬底110上之间的寄生电容以及提高所述MOS电容结构的响应速度，进一步地增加了所述电光调制器100的相应速度。
对于一固定波长的光载波，以及结构参数一定的所述第一光栅结构a及所述第二光栅结构b，通过调整所述第二绝缘层140的宽度与厚度比，以调整所述电信号在所述行波电极190的有效折射率，进而调整所述电光调制器100的带宽。具体地，对于一固定波长的光载波，以及结构一定的所述第一光栅结构a及所述第二光栅结构b，当增大所述第二绝缘层140的宽度与厚度比时，所述电光调制器100对所述调制电信号的有效折射率增大，进而，所述电光调制器100的带宽增大；当减小所述第二绝缘层140的宽度与厚度比时，所述电光调制器100对所述调制电信号的有效折射率减小，进而，所述电光调制器100的带宽减小。
所述电光调制器100还包括第一类型重掺杂区域160及第二类型重掺杂区域170。所述第一类型重掺杂区域160的数目为三个，且沿所述第二方向d2设置在所述第一绝缘层120上。其中，一个第一类型重掺杂区域160设置在所述空隙区域c内，且与所述第一光栅结构a及所述第二光栅结构b连接。另外两个第一类型重掺杂区域160分别设置于所述第一光栅结构a及所述第二光栅结构b的另一端，与所述第一光栅结构a及第二光栅结构b的另一端相连，且在本实施方式中，与所述第一光栅结构a与所述第二光栅结构b位于同一平面内。所述第一类型重掺杂区域160与所述第一类型轻掺杂区域130掺杂相同性质的杂质，且所述第一类型重掺杂类型区域160的掺杂浓度大于所述第一类型轻掺杂区域130的掺杂浓度。第二类型重掺杂区域170沿所述第三方向d3设置在所述第二类型轻掺杂区域150上，且所述第二类型重掺杂区域170与所述第二类型轻掺杂区域150掺杂相同性质的杂质，且与第一类型掺杂不同。所述第二类型重掺杂区域170的掺杂浓度大于所述第二类型轻掺杂区域150的掺杂浓度。第一类型重掺杂区域160及第二类型重掺杂区域170分别加载电信号以使所述第一类型轻掺杂区域130及所述第二类型轻掺杂区域150加载电信号。在本实施方式中，所述第一类型掺杂为N型掺杂，相应地，所述第二类型掺杂为P型掺杂。在其他实施方式中，所述第一类型掺杂可为P型掺杂，则相应地，所述第二类型掺杂为N型掺杂。
所述电光调制器100还包括第三绝缘层180。所述第三绝缘层180设置在所述第一光栅结构a、所述第二光栅结构b、所述第一类型重掺杂区域160及所述第二类型重掺杂区域170上。所述第三绝缘层180对应所述第一类型掺杂区域160及所述第二类型重掺杂区域170分别设有第一过孔181及第二过孔182。所述第一过孔181及所述第二过孔182内填充导电物质，通过所述第一过孔181及所述第二过孔182加载电信号以分别向所述第一类型重掺杂区域160及第二类型重掺杂区域170加载电信号。在本实施方式中，所述第一绝缘层120、所述第二绝缘层140及所述第三绝缘层180可以为二氧化硅。
优选地，所述电光调制器100还包括欧姆接触层183，所述欧姆接触层183设置在所述填充导电物质的第一过孔181与所述第一类型重掺杂区域160之间，以减小所述第一过孔181与所述第一类型重掺杂区域160之间的接触电阻。所述欧姆接触层183还设置在填充导电物质的第二过孔182与所述第二类型重掺杂区域170之间，以减小第二过孔182与所述第二类型重掺杂区域170之间的接触电阻。
所述电光调制器100还包括两个行波电极190，所述行波电极190设置在所述第三绝缘层180上，行波电极190与所述填充导电物质的第一过孔181及第二过孔182电连接，行波电极190用于传输电信号。在本实施方式中，所述行波电极190为金属电极。
请参见图2，所述第二类型重掺杂区域170的横向尺寸大于所述第一类型轻掺杂区域150。所述第二类型重掺杂区域170包括第一部分171及第二部分172。所述第一部分171完全覆盖所述第二类型轻掺杂区域150。所述第二部分172自所述第一部分171向外延伸且不覆盖所述第二类型轻掺杂区域150，所述第二过孔181对应所述第二部分172设置。通过此种结构，有效减小通过所述第二绝缘层240的光的损耗。
调整加载与所述一调制臂相连的第一类型轻掺杂区域130及第二类型轻掺杂区域150的电信号，能够调整当前调制臂对光的有效折射率。当有光通过所述调制臂时，由于当前调制臂对光的有效折射率发生变化，则通过调制臂的光的相位随之发生相应变化，从而可以调整通过两个调制臂的光的相位变化而实现光的调制。
当调整加载在与一调制臂相连的第一类型的轻掺杂区域130及第二类型轻掺杂区域150的电信号使得所述调制臂上的载流子的浓度减小时，当前调制臂对光电的有效折射率增大。当调整加载在于所述调制臂相连的第一类型区域130及第二类型轻掺杂区域150的电信号使得所述调制臂中载流子浓度增大时，当前调制臂对光的有效折射率减小，所述调制臂输出的光的相位减小。则两个调制臂上输出的光的相位差发生变化从而实现光的调制。
请参阅图1，在本实施方式中，所述电光调制器100为典型的马赫增德尔(Mach-Zehnder interferometer，MZI)电光调制器。所述电光调制器100包括两个“Y”形结构，为方便描述分别命名为第一“Y”形结构g及第二“Y”形结构h。所述第一“Y”形结构g及第二“Y”形结构h轴对称，且第一“Y”形结构g的两个分支部分分别通过两个调制臂e，f与第二“Y”形结构h的两个分支部分相连，以形成光的传输路径。具体地，所述第一“Y”型结构g包括输入波导g1及分束器g2。所述输入波导g1用于接收输入的光载波，所述分束器g2连接所述输入波导g1以及两个调整臂e，f，用于将输入的光载波分为两束光载波，并将两束光载波分别输出至两个调制臂e，f。至少所述两个调制臂e，f中的一个调制臂用于调制所述光载波。所述第二“Y”型结构h包括输出波导h1以及合束器h2。所述合束器h2连接所述两个调制臂e，f以及所述输出波导h1，用于将经由所述两个调制臂e，f调制之后的两束光载波合成为一束光载波。所述合束器h2用于将合成后的所述光载波输出。
以下对本发明提供的第一较佳实施方式的电光调制器100带宽的调整以及所述电光调制器100中的调制臂对光的调制过程进行描述。
为方便描述，以下以通过所述第一“Y”形结构g的光均匀地分为两束光为例进行介绍。
f＝1.39c/[πl(n0-ne，load)] ①
其中，f为所述电光调制器100带宽，c为真空光速，l为所述电光调制器100的调制臂的长度，n0为所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率，ne，load为所述电信号在所述电光调制器100的所述行波190上的有效折射率。由公式①可见，通过调整所述电信号在所述行波电极190上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率匹配，可以实现所述调制器100的带宽的调制。换句话说，所述电光调制器100的带宽f与n0与ne，load的差值相关，即，所述电光调制器100的带宽f与(n0-ne，load)相关。当增大(n0-ne，load)时，所述电光调制器100的带宽f增大；当减小(n0-ne，load)时，所述电光调制器100的带宽f减小。综上所述，一方面，本发明通过调整所述电信号在所述行波电极190上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制器波导中的群折射率匹配，提升了所述电光调制器100的带宽。另一方面，所述光栅结构的设置，带来了慢光效应，提升了所述光载波的调制效率。因此，本发明通过调整所述电信号在所述行波电极190上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制器波导中的群折射率匹配，以及光栅结构的设置，在提升所述电光调制器100的带宽的同时，提升了所述光载波的调制效率。
通常情况下，所述光载波的群折射率n0与以下因素相关。对于波长一定的光载波而言，所述光载波的群折射率n0与所述第一光栅a及所述第二光栅b的结构相关，比如，所述第一光栅a及所述第二光栅b的周期，占空比等。对于结构一定的第一光栅a及所述第二光栅b而言，所述光载波的群折射率n0和通过所述电光调制器100的光载波的波长相关。即，不同波长的光载波通过所述第一光栅a及所述第二光栅b时，所述电光调制器100中的光载波的群折射率n0不同。
在所述第一光栅a及所述第二光栅b结构固定的情况下，且通过所述第一光栅a及所述第二光栅b的光载波的波长一定的情况下，所述光载波的群折射率n0为固定值。在本实施方式中，所述光载波的群折射率n0大于所述ne，load，且所述光载波的群折射率n0大于一预设折射率。其中，所述预设折射率为普通光载波导的群折射率。举例而言，所述光载波的群折射率n0为4。所述ne，load的公式请参见公式②和公式③。
ne，load＝c[L(C+CJ)]1/2 ②
C＝ε0.εr.W/t ③
其中，L和C分别为无负载情况下，所述行波电极190的单位长度的电感和电容。在本实施方式中，所述负载指的是MOS结构。CJ为单位长度调制臂的电容值，其单位为F/m，其为可调值。所述W和t分别为所述第二绝缘层140的宽度和厚度，ε0为真空的介电常数值，为固定值。εr为所述第二绝缘层的相对介电常数，在所述第二绝缘层的材料一定的情况下，所述εr为固定值。
由公式②和③可知，所述ne，load和MOS结构中的如下结构参数：第二绝缘层140的厚度W和宽度t相关。当增大所述第二绝缘层140的宽度W与厚度t之比时，所述ne，load增大；当减小所述第二绝缘层140的宽度W与厚度t之比时，所述ne，load减小。
由上述对公式①至公式③的分析可知，所述MOS结构配合所述第一光栅结构a及所述第二光栅结构b，以调整所述电光调制器100的带宽f。
根据公式①，②，③，可得：
f＝1.39c/πl{n0-c[L(ε0.εr.W/t+CJ)1/2]} ④
由公式④可得，当所述光载波的群折射率n0为固定值时，即，所述电光调制器100中所述第一光栅a及所述第二光栅b结构固定，且对于某一波长的光载波而言，当增大所述第二绝缘层140的宽度W与厚度t之比时，所述电光调制器100的带宽f增加；当减小所述第二绝缘层100的宽度W与厚度之比时，所述电光调制器100的带宽f减小。由此可见，当所述光载波的群折射率n0为固定值时，即，所述电光调制器100中所述第一光栅a及所述第二光栅b结构固定，且对于某一波长的光载波而言，可通过增加所述电光调制器100中的第二绝缘层140的宽度与厚度之比来提高所述电光调制器100的带宽。
所述电光调制器100的调制臂对光的调整过程描述如下。在一实施例中，当所述电光调制器100的一个调制臂相连的所述第二类型轻掺杂区域150加载正电信号，与所述调制臂相连的所述第一类型轻掺杂区域130接地时。所述第二绝缘层140内载流子的浓度增加，具体地，所述第二绝缘层140临近所述第一类型轻掺杂区域120的界面聚集电子，所述第二绝缘层140临近所述第二类型轻掺杂区域150的界面聚集空穴。由于所述第二绝缘层140内载流子的浓度的增大，所通过所述调制臂的光的有效折射率减小，则所述调制臂输出的光的相位减小。通过调整两个调制臂上广的相位不同，从而实现光的调制。
请一并参阅图4至图6，图4为本发明提供的第二较佳实施方式的电光调制器的顶视图；图5为本发明提供的第二较佳实施方式的电光调制器沿C-C’线的剖面结构示意图；图6为本发明提供的第二较佳实施方式的电光调制器沿D-D’线的剖面结构示意图。在本实施方式中，所述电光调制器300包括硅衬底310，第一绝缘层320，第一类型轻掺杂区域330，第二绝缘层340及第二类型轻掺杂区域350。所述硅衬底310的材料为硅。所述第一绝缘层320设置于所述硅衬底310上。所述第一类型轻掺杂区域330设置在所述第一绝缘层320上，并沿第一方向d1’形成第一光栅结构a’及第二光栅结构b’。所述第一光栅结构a’及所述第二光栅结构b’之间形成一空隙区域c’，所述空隙区域c’沿所第二方向d2’延伸，所述第一光栅结构a’及所述第二光栅结构b’关于所述空隙区域c’对称。所述第二绝缘层340设置于所述第一光栅结构a’及所述第二光栅结构b’上，并沿第三方向d3’形成所述电光调制器300的两个调制臂：第一调制臂e’及第二调制臂f’。第二类型轻掺杂区域350设置在所述第二绝缘层340上，所述第二类型轻掺杂区域350及所述第一类型轻掺杂区域330加载电信号。通过调整所述第二绝缘层上的宽度与厚度比，以调整所述电光调制器300的带宽。优选地，所述第一方向d1’垂直所述第二方向d2’，所述第二方向d2’平行于所述第三方向d3’。
相应地，所述第一类型轻掺杂区域330、所述第二绝缘层340及所述第二类型重掺杂区域370形成的结构可称为MOS电容结构。而所述MOS电容结构通过所述第一绝缘层320设置在所述硅衬底310上，这种结构被称为SOI。此种结构可以减小所述MOS电容结构与所述硅衬底310上之间的寄生电容以及提高所述MOS电容结构的响应速度。
所述电光调制器300还包括第一类型重掺杂区域360及第二类型重掺杂区域370。所述第一类型重掺杂区域360的数目为一个，且沿第三方向d3’设置在所述第一绝缘层320的所述空隙区域c’且与所述第一光栅结构a’及第二光栅结构b’连接，所述第一类型重掺杂区域360的掺杂浓度大于所述第一类型轻掺杂区域330的掺杂浓度。所述第二类型重掺杂区域370的数目为两个，沿所述第三方向d3设置，且与所述第二类型轻掺杂区域350位于同一层。所述第二类型重掺杂区域360的掺杂浓度大于所述第一类型轻掺杂区域330的掺杂浓度。所述第一类型重掺杂区域330及所述第二类型重掺杂区域360分别加载电信号以使得所述第一类型轻掺杂区域330及所述第二类型轻掺杂区域370加载电信号。
所述电光调制器300还包括第三绝缘层380。所述第三绝缘层380设置在所述第一光栅结构a’、所述第二光栅结构b’、所述第一类型重掺杂区域360、所述第二类型轻掺杂区域350及所述第二类型重掺杂区域370上。所述第三绝缘层380对应所述第一类型重掺杂区域360及所述第二类型重掺杂区域370分别开设有第一过孔381及第二过孔382。所述第一过孔381及所述第二过孔382内填充导电物质，可通过所述第一过孔381及所述第二过孔382分别向所述第一类型重掺杂区域360及第二类型重掺杂区域370加载电信号，加载在所述第一类型重掺杂区域360及第二类型重掺杂区域370的电信号分别加载在所述第一类型轻掺杂区域330及第二类型轻掺杂区域350上。
所述电光调制器300还包括欧姆接触层383。所述欧姆接触层383设置在所述填充导电物质的第一过孔381与所述第一类型重掺杂区域360之间，以减小填充导电物质的所述第一过孔381与所述第一类型重掺杂区域360之间的接触电阻。所述欧姆层383也设置在填充所述导电物质的第二过孔382与所述第二类型重掺杂区域370之间，以减小填充导电物质的所述第二过孔382与所述第二类型重掺杂区域370之间的接触电阻。
所述电光调制器300还包括行波电极390，所述行波电极390设置在所述第三绝缘层380上，所述行波电极390与所述填充导电物质的第一过孔381及填充导电物质的第二过孔382电连接。所述行波电极390用于传输电信号，并将电信号通过填充导电物质的所述第一过孔381及填充导电物质的所述第二过孔382分别传递至所述第一类型重掺杂区域360及第二类型重掺杂区域370。
在本发明第二实施方式提供的电光调制器300与本发明第一实施方式提供的电光调制器100的调制原理相同，在此不再赘述。
相较于现有技术，本发明电光调制器通过所述电信号在所述行波电极上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相匹配，提升了所述电光调制器的调制带宽。另一方面，所述光栅结构的设置，带来了慢光效应，提升了所述光载波的调制效率。因此，本发明通过调整所述电信号在所述行波电极上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制器波导中的群折射率匹配，以及光栅结构的设置，在提升所述电光调制器的带宽的同时，提升了所述光载波的调制效率。进一步地，所述第一类型轻掺杂区域130、330、所述第二绝缘层140、340及所述第二类型重掺杂区域170、370依次重叠的部分形成的结构为MOS电容结构。而所述MOS电容结构通过所述第一绝缘层120、320设置在所述硅衬底110、310上，这种结构被称为SOI。此种结构可以减小所述MOS电容结构与所述硅衬底110、310上之间的寄生电容以及提高所述MOS电容结构的响应速度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种电光调制器，所述电光调制器用于将电信号调制到光载波中，其特征在于:
所述电光调制器包括输入波导、分束器、两个对称的调制臂、合束器、输出波导；
所述调制臂包括调制区波导、行波电极和光栅结构；
所述调制区波导为金属-氧化物-半导体MOS结构；
所述光栅结构配置于所述调制区波导的两侧；
所述电信号在所述行波电极上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相匹配；
所述电光调制器还包括：
硅衬底；
第一绝缘层，设置于所述硅衬底上；
第一类型轻掺杂区域，设置在所述第一绝缘层上，并沿第一方向形成所述光栅结构，所述光栅结构包括第一光栅结构及第二光栅结构；以及
第二绝缘层，设置于所述第一光栅结构及所述第二光栅结构上，并沿第三方向形成两个所述调制臂；
对于一固定波长的光载波，以及结构参数已被配置好的第一光栅结构及第二光栅结构，所述第二绝缘层的宽度与厚度比被配置为增大时，所述电信号在所述行波电极上的有效折射率增大，所述电光调制器的带宽增大。
2.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述光栅结构的结构参数以及所述MOS结构的结构参数被配置为使得所述电信号在所述行波电极上的有效折射率，与所述光载波在两侧配置有光栅结构的调制器波导中的群折射率相匹配。
3.如权利要求2所述的电光调制器，其特征在于，所述输入波导、所述分束器、所述调制臂、所述合束器及所述输出波导设置在所述第一绝缘层上。
4.如权利要求3所述电光调制器，其特征在于，
所述第一光栅结构及所述第二光栅结构之间形成一空隙区域，所述空隙区域沿第二方向延伸，所述第一光栅结构及所述第二光栅结构关于所述空隙区域对称；
所述电光调制器还包括：第二类型轻掺杂区域，设置在所述第二绝缘层上，所述第二类型轻掺杂区域及所述第一类型轻掺杂区加载电信号，其中，所述第一类型轻掺杂区域、所述第二绝缘层及所述第二类型轻掺杂区域依次重叠的部分形成所述金属-氧化物-半导体MOS结构。
5.如权利要求4所述的电光调制器，其特征在于，所述电光调制器还包括：
第一类型重掺杂区域，其数目为三个，沿所述第二方向设置在所述第一绝缘层上，一个第一类型重掺杂区域设置在所述空隙区域且与所述第一光栅结构及所述第二光栅结构连接，另外两个第一类型重掺杂区域分别设置在所述两个光栅结构的另一端且分别与两个光栅结构的另一端相连，所述第一类型重掺杂区域的掺杂浓度大于所述第一类型轻掺杂区域的掺杂浓度；
第二类型重掺杂区域，沿所述第三方向设置在所述第二类型轻掺杂区域上，且所述第二类型重掺杂区域的浓度大于所述第二类型轻掺杂区域的掺杂浓度；
第一类型重掺杂区域及第二类型重掺杂区域分别加载电信号以使所述第一类型轻掺杂区域及所述第二类型轻掺杂区域加载电信号。
6.如权利要求5所述的电光调制器，其特征在于，所述电光调制器还包括：
第三绝缘层，设置于所述第一光栅结构、第二光栅结构、所述第一类型重掺杂区域及所述第二类型重掺杂区域上，所述第三绝缘层对应所述第一类型掺杂区域及所述第二类型重掺杂区域分别设有第一过孔及第二过孔，所述第一过孔及所述第二过孔内填充导电物质，通过所述第一过孔及所述第二过孔加载电信号以分别向所述第一类型重掺杂区域及第二类型重掺杂区域加载电信号，所述行波电极设置在所述第三绝缘层上，所述行波电极与所述填充导电物质的第一过孔及第二过孔电连接，所述行波电极用于传输电信号。
7.如权利要求6所述的电光调制器，其特征在于，所述电光调制器还包括：
欧姆接触层，所述欧姆接触层设置在所述填充导电物质的第一过孔与所述第一类型重掺杂区域之间，及设置在填充导电物质的第二过孔与所述第二类型重掺杂区域之间。
8.如权利要求7所述的电光调制器，其特征在于，所述第二类型重掺杂区域包括第一部分及与第二部分，所述第一部分完全覆盖所述第二类型轻掺杂区域，所述第二部分自所述第一部分的一端向外延伸且不覆盖所述第二类型轻掺杂区域，所述第二过孔对应所述第二部分设置。
9.如权利要求4所述的电光调制器，其特征在于，所述第一方向垂直所述第二方向，所述第二方向平行于所述第三方向。
10.如权利要求4所述的电光调制器，其特征在于，所述第一类型为N型，所述第二类型为P型；或者所述第一类型为P型，第二类型为N型。
11.如权利要求4所述的电光调制器，其特征在于，所述电光调制器还包括：
第一类型重掺杂区域，其数目为一个，沿所述第三方向设置在所述第一绝缘层上的所述空隙区域且与所述第一光栅结构及所述第二光栅结构连接，所述第一类型重掺杂区域的掺杂浓度大于所述第一类型轻掺杂区域的掺杂浓度；
第二类型重掺杂区域，其数目为两个，沿所述第三方向设置且与所述第二类型轻掺杂区域位于同一层，所述第二类型重掺杂区域的浓度大于所述第二类型轻掺杂区域的掺杂浓度；
第一类型重掺杂区域及第二类型重掺杂区域分别加载电信号以使所述第一类型轻掺杂区域及所述第二类型轻掺杂区域加载电信号。
12.如权利要求11所述的电光调制器，其特征在于，所述电光调制器还包括：
第三绝缘层，设置在所述第一光栅结构、所述第二光栅结构、所述第一类型重掺杂区域、所述第二类型轻掺杂区域及所述第二类型重掺杂区域上，所述第三绝缘层对应所述第一类型重掺杂区域及所述第二类型重掺杂区域分别设有第一过孔及第二过孔，所述第一过孔及所述第二过孔内填充导电物质，通过所述第一过孔及所述第二过孔以分别向所述第一类型重掺杂区域及第二类型重掺杂区域加载电信号，所述行波电极设置在所述第三绝缘层上，所述行波电极与所述填充导电物质的第一过孔及第二过孔电连接，以传输电信号。
13.如权利要求12所述的电光调制器，所述电光调制器还包括：
欧姆接触层，所述欧姆接触层设置在所述填充导电物质的第一过孔与所述第一类型重掺杂区域之间，以及设置在填充导电物质的第二过孔与所述第二类型重掺杂区域之间。
14.如权利要求1所述的电光调制器，其特征在于，所述电信号在所述行波电极上的有效折射率等于所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调制区波导中的群折射率相等，以使所述电信号在所述行波电极上的有效折射率等于所述光载波在两侧配置有所述光栅结构的调整区波导中的群折射率相匹配。
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