CN111240052B - 一种共面波导传输线及带有该共面波导传输线的硅基电光调制器 - Google Patents

一种共面波导传输线及带有该共面波导传输线的硅基电光调制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共面波导传输线及带有该共面波导传输线的硅基电光调制器。共面波导传输线为蜿蜒形状。硅基电光调制器包括脊型光波导；光分束器，用于将所述脊型光波导中的光分成两束分别进入第一光臂和第二光臂；所述第一光臂和所述第二光臂中的至少一个光臂包括周期性间隔设置的多个有源段和多个无源段；光合束器，用于将所述第一光臂和第二光臂中的光信号合成一束；其中，所述至少一个光臂交替地穿过所述共面波导传输线。本发明的技术方案使得光波导的有源段均匀地分布在共面波导传输线的两侧，从而在抑制了共面波导传输线的不平衡性导致的其他模式的同时，避免光波导的光的传输路径变长减小了电光调制器速度失配，实现了硅基电光调制器的高速率工作。

Description

一种共面波导传输线及带有该共面波导传输线的硅基电光调 制器
技术领域
本发明涉及光电元器件领域，具体地，涉及一种共面波导传输线及带有该共面波导传输线的硅基电光调制器。
背景技术
高速硅基马赫增德尔(MZI)电光调制器的电光带宽主要有如下三个因素决定：容性负载电极传输线的微波损耗，沿光波导传输的光信号和沿电极传输线传输的微波信号之间的速度匹配，调制区域中传输线阻抗和终端负载大小的阻抗匹配。当硅基MZI电光调制器的调制区域比较短时，速度匹配情况对电光带宽的影响较小；而当调制区域比较长时，速度匹配情况对电光带宽的影响则比较明显。
硅基MZI电光调制器一般利用载流子色散效应改变光波导的折射率从而实现MZI结构的一臂或两臂的光信号相位发生改变，通过合束器产生光强度的变化。载流子色散效应较弱，对于低驱动电压的高速硅基电光调制器，较长的调制区域长度是需要的。对于工作在高速率的电光调制器，当调制区域较长时，合适的行波电极设计对器件的电光性能非常重要。共面波导(CPW)传输线因其灵活的设计以及较好的抗干扰能力，常被应用于高速硅基MZI电光调制器。对于传统的共面波导传输线，PN结位于CPW中信号线与某一地线之间的槽中，也即是共面波导传输线的两个槽中一个带有PN结的容性负载，而另一个则无此种负载；这种非平衡的结构会在一定程度上激起传输线的其他模式,从而对电光带宽产生不利影响。根据美国专利US9,223,185,其提供了一个技术方案，将PN结分段并交错放在共面波导传输线的两个槽内。很多情况下，硅基电光调制器的调制区域中的微波传播速度快于光波的传播速度；为了减小速度失配，通常会使用慢波电极来实现更好的速度匹配。美国专利US9,223,185中硅基电光调制器的共面波导传输线采用交错容性负载设计，抑制了因CPW的不平衡性导致激起的其他模式，但同时光波导的S型布局使得光的传输路径变长，加重了速度失配。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在抑制共面波导传输线的不平衡性导致的其他模式的同时，避免光波导的光的传输路径变长而减小了电光调制器速度失配。
根据本发明的一个方面，提供了一种共面波导传输线，包括：
第一接地线，包括第一有源对应段、第二有源对应段、连接第一有源对应段和第二有源对应段之间的第一过渡段、连接第二有源对应段和下一个第一有源对应段的第二过渡段；所述第一接地线的第一有源对应段、第二有源对应段、第一过渡段和第二过渡段周期性重复地延长；
信号线，包括第一有源对应段、第二有源对应段、连接第一有源对应段和第二有源对应段之间的第一过渡段、连接第二有源对应段和下一个第一有源对应段的第二过渡段；所述信号线的第一有源对应段、第二有源对应段、第一过渡段和第二过渡段形成弯曲形并且周期性重复地延长；
第二接地线，包括第一有源对应段、第二有源对应段、连接第一有源对应段和第二有源对应段之间的第一过渡段、连接第二有源对应段和下一个第一有源对应段的第二过渡段；所述第二接地线的第一有源对应段、第二有源对应段、第一过渡段和第二过渡段周期性重复地延长；
第一槽，其位于所述第一接地线和所述信号线之间，包括第一有源槽段、第二有源槽段、连接第一有源槽段和第二有源槽段的第一过渡槽段、连接第二有源槽段和下一个第一有源槽段的第二过渡槽段；所述第一槽的第一有源槽段、第二有源槽段、第一过渡槽段和第二过渡槽段形成弯曲形并且周期性重复地延长；
第二槽，其位于所述第二接地线和所述信号线之间，包括第一有源槽段、第二有源槽段和连接第一有源槽段和第二有源槽段的过渡槽段；所述第二槽的第一有源槽段、第二有源槽段和过渡槽段形成弯曲形并且周期性重复地延长；
其中，所述弯曲形包括大致S形或Z形的蜿蜒形状。
可选地，所述第一接地线的第一有源对应段、所述第一槽的第一有源槽段、所述信号线的第一有源对应段、所述第二槽的第一有源槽段、所述第二接地线的第一有源对应段彼此对应；所述第二接地线的第一有源对应段向所述信号线的第一有源对应段突出，使得所述第一槽的第一有源槽段的宽度和所述第二槽的第一有源槽段的宽度大致相同。
可选地，所述第一接地线的第二有源对应段、所述第一槽的第二有源槽段、所述信号线的第二有源对应段、所述第二槽的第二有源槽段、所述第二接地线的第二有源对应段彼此对应；所述第一接地线的第二有源对应段向所述信号线的第二有源对应段突出，使得所述第一槽的第二有源槽段的宽度和所述第二槽的第二有源槽段的宽度大致相同。
可选地，所述第一接地线的第一过渡段、所述第一槽的第一过渡槽段、所述信号线的第一过渡段、所述第二槽的第一过渡槽段、所述第二接地线的第一过渡段彼此对应，使得所述第一槽的第一过渡槽段的宽度和所述第二槽的第一过渡槽段的宽度大致相同。
可选地，所述第一接地线的第二过渡段、所述第一槽的第二过渡槽段、所述信号线的第二过渡段、所述第二槽的第二过渡槽段、所述第二接地线的第二过渡段彼此对应，使得所述第一槽的第二过渡槽段的宽度和所述第二槽的第二过渡槽段的宽度大致相同。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述共面波导传输线的硅基电光调制器，包括：
脊型光波导，用于传输光信号；
光分束器，用于将所述脊型光波导中的光信号分成两束分别进入第一光臂和第二光臂；所述第一光臂和所述第二光臂中的至少一个光臂包括周期性间隔设置的多个有源段和多个无源段；
光合束器，用于将所述第一光臂和第二光臂中的光信号合成一束；
其中，所述至少一个光臂交替地穿过所述共面波导传输线的第一槽和第二槽，使得所述至少一个光臂的多个有源段交替地设置在所述第二槽的第一有源槽段和所述第一槽的第二有源槽段；所述至少一个光臂的多个无源段交替地跨过所述信号线的第一过渡段和第二过渡段。
可选地，所述硅基电光调制器包括绝缘衬底上硅(SOI)形式的衬底，所述衬底包括硅衬底、埋氧层(BOX)和顶层硅。
可选地，所述光分束器为多模干涉器(MMI)或者Y分支结构；所述光合束器为多模干涉器(MMI)或者Y分支结构。
可选地，所述有源段含有PN结构或者MOS电容结构,所述无源段不含有PN结构或者MOS电容结构。
可选地，所述有源段的PN结构为p-n结二极管，包括p型条和n型条；对于设置在所述信号线和所述第二接地线之间的p-n结二极管，其p型条设置成对应所述第二接地线，其n型条设置成对应所述信号线；对于设置在所述信号线和所述第一接地线之间的p-n结二极管，其p型条设置成对应所述第一接地线，其n型条设置成对应所述信号线，使得所述脊型光波导沿主传播方向设置的相邻的有源段的p-n结二极管的p型条和n型条的取向彼此相反。
可选地，所述有源段的PN结构为p-n结二极管，包括p型条和n型条；对于设置在所述信号线和所述第二接地线之间的p-n结二极管，其n型条设置成对应所述第二接地线，其p型条设置成对应所述信号线；对于设置在所述信号线和所述第一接地线之间的p-n结二极管，其n型条设置成对应所述第一接地线，其p型条设置成对应所述信号线,使得所述脊型光波导沿主传播方向设置的相邻的有源段的p-n结二极管的p型条和n型条的取向彼此相反。
本发明的有益技术效果为采用了蜿蜒形的共面波导传输线，使得光波导的有源段均匀地分布在共面波导传输线的两侧，从而在抑制了共面波导传输线的不平衡性导致的其他模式的同时，避免光波导的光的传输路径变长减小了电光调制器速度失配，实现硅基电光调制器的高速率工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是根据本发明的一个实施例的包括弯曲共面波导传输线的硅基电光调制器的结构示意图。
图2是带有电调制信号驱动的硅基电光调制器的工作原理图。
图3是图2中的硅基电光调制器的立体图。
图4是根据本发明的一个实施例的包括弯曲共面波导传输线的硅基电光调制器的传输线段的局部放大俯视图。
图5是根据本发明的一个实施例的包括弯曲共面波导传输线的硅基电光调制器的有源段的横截面示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的包括弯曲共面波导传输线的硅基电光调制器的无源段的横截面示意图。
图7是根据本发明的另一个实施例的包括弯曲共面波导传输线的硅基电光调制器的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的系统的例子。
如图1所示，共面波导传输线1，包括：第一接地线11，第一接地线11包括第一有源对应段111、第二有源对应段112、连接第一有源对应段111和第二有源对应段112之间的过渡段113、连接第二有源对应段112和下一个第一有源对应段的第二过渡段114；所述第一接地线11的第一有源对应段111、第二有源对应段112、第一过渡段113和第二过渡段114周期性重复地延长；信号线10，包括第一有源对应段101、第二有源对应段102、连接第一有源对应段101和第二有源对应段102之间的第一过渡段103、连接第二有源对应段102和下一个第一有源对应段的第二过渡段104；所述信号线10的第一有源对应段101、第二有源对应段102、第一过渡段103和第二过渡段104形成弯曲形并且周期性重复地延长；第二接地线12，包括第一有源对应段121、第二有源对应段121、连接第一有源对应段121和第二有源对应段121之间的过渡段123、连接第二有源对应段122和下一个第一有源对应段的第二过渡段124；所述第二接地线12的第一有源对应段121、第二有源对应段122、第一过渡段123和第二过渡段124周期性重复地延长；第一槽13，其位于所述第一接地线11和所述信号线10之间，包括第一有源槽段131、第二有源槽段132、连接第一有源槽段131和第二有源槽段132的第一过渡槽段133、连接第二有源槽段132和下一个第一有源槽段的第二过渡槽段134；所述第一槽13的第一有源槽段131、第二有源槽段132、第一过渡槽段133和第二过渡槽段134形成弯曲形并且周期性重复地延长；第二槽14，其位于所述第二接地线12和所述信号线10之间，包括第一有源槽段141、第二有源槽段142、连接第一有源槽段141和第二有源槽段142的第一过渡槽段143、连接第二有源槽段142和下一个第一有源槽段的第二过渡槽段144；所述第二槽14的第一有源槽段141、第二有源槽段142、第一过渡槽段143和第二过渡槽段144形成弯曲形并且周期性重复地延长。
根据本发明实施例的一个实施方式，所述第一接地线11的第一有源对应段111、所述第一槽13的第一有源槽段131、所述信号线10的第一有源对应段101、所述第二槽14的第一有源槽段141、所述第二接地线12的第一有源对应段121彼此对应；所述第二接地线12的第一有源对应段121向所述信号线10的第一有源对应段101突出，使得所述第一槽13的第一有源槽段131的宽度W1和所述第二槽14的第一有源槽段141的宽度(x轴方向)大致相同。
根据本发明实施例的一个实施方式，所述第一接地线11的第二有源对应段112、所述第一槽13的第二有源槽段132、所述信号线10的第二有源对应段102、所述第二槽14的第二有源槽段142、所述第二接地线12的第二有源对应段122彼此对应；所述第一接地线11的第二有源对应段112向所述信号线10的第二有源对应段102突出，使得所述第一槽13的第二有源槽段132的宽度和所述第二槽14的第二有源槽段142的宽度(x轴方向)大致相同。
根据本发明实施例的一个实施方式，所述第一接地线11的第一过渡段113、所述第一槽13的过渡槽段131、所述信号线10的第一过渡段103、所述第二槽14的第一过渡槽段143、所述第二接地线12的第一过渡段123彼此对应，使得所述第一槽13的第一过渡段133的宽度和所述第二槽14的第一过渡段143的宽度(x轴方向)大致相同。
根据本发明实施例的一个实施方式，所述第一接地线11的第二过渡段114、所述第一槽13的第二过渡槽段134、所述信号线10的第二过渡段104、所述第二槽14的第二过渡槽段144、所述第二接地线12的第二过渡段124彼此对应，使得所述第一槽13的第二过渡槽段134的宽度和所述第二槽14的第二过渡槽段144的宽度(x轴方向)大致相同。
根据本发明实施例的一个实施方式，信号线10、第一槽13、第二槽14的弯曲形包括大致S形或Z形的蜿蜒形状。第一槽13的整体宽度和第二槽14的整体宽度大致相同。共面波导传输线1电极的材料可以为铝或者铜。
参见图1，硅基电光调制器2包括脊型光波导21，用于传输光信号；光分束器22，用于将所述脊型光波导21中的光信号分成两束分别进入第一光臂211和第二光臂212；所述第一光臂211包括周期性间隔设置的多个有源段2111和无源段2110；光合束器23，用于将所述第一光臂211和第二光臂212中的光信号合成一束。其中，第一光臂211交替地穿过所述共面波导传输线1的第一槽13和第二槽14，使得第一光臂211的多个有源段2111交替地设置在所述第二槽14的第一有源槽段141和所述第一槽13的第二有源槽段132；第一光臂211的多个无源段2110交替地跨过所述信号线10的第一过渡段103和第二过渡段104。
根据本发明的实施例的可选实施方式，硅基电光调制器2可以是高速硅基马赫增德尔(MZI)电光调制器；光分束器22可以是多模干涉器(MMI)或者Y分支结构；光合束器23可以是多模干涉器(MMI)或者Y分支结构；
根据本发明的实施例的可选实施方式，有源段2111可为PN结构或者MOS电容结构。每个有源段2111的长度在50微米～1000微米的范围内；有源段2111的数量在2～20之间。无源段2110不包括PN结构或者MOS电容结构；无源段2110的数量在2～20之间。
图2示出了带有电调制信号驱动的示例性硅基电光调制器的工作原理图，该硅基电光调制器2由电压源150驱动并且由负载160端接。硅基电光调制器2包括沿主传播方向111的长度为L的脊型光波导21。脊型光波导21配置为容纳沿着主传播方向111从脊型光波导21的第一端115传播到脊型光波导21的第二端116的光信号。在图2中，箭头181代表光信号进入脊型光波导21时的光信号，而箭头182代表光信号离开脊型光波导21时的光信号。脊型光波导21可以具有一个或多个光臂，光信号在光臂中传播。
硅基电光调制器2另外包括传输线120。在各种实施例中，传输线120可以包括两个或更多个电导体。两个或更多个电导体中的每一个沿着主传播方向111与脊型光波导2平行地延伸。如图2所示，传输线120包括两个电导体121和122，每个电导体的长度与脊型光波导21的长度相同。在一些示例实施例中，电导体121和122可以形成共面波导传输线。对于如图1所示的共面波导传输线1，电导体122可以是第一接地线11或第二接地线12，电导体121可以是信号线10。
电压源150产生电调制信号，用于调制在脊型光波导21中传播的光信号。也就是说，通过硅基电光调制器2，电调制信号可以改变光信号的强度和/或相位。通过将传输线120的第一端连接到电压源150，将调制信号耦合到传输线120，而传输线120的第一端与脊型光波导21的第一端115相邻。具体地，电压源150具有两个端子，它们分别电连接到电导体121的第一端和电导体122的第一端。传输线120在传输线120的第二端电连接到负载160，而传输线120的第二端与脊型光波导21的第二端116相邻。负载160还具有两个端子，分别电连接到电导体121的第二端和电导体122的第二端。调制信号在传输线120上从传输线120的第一端运行到传输线120的第二端，然后被负载160吸收。
脊型光波导21包括多个p-n结二极管210。p-n结二极管210集成在脊型光波导21中，并沿主传播方向111依次分布。p-n结二极管210平行地连接在电导体121和122之间，从而当调制信号在传输线120上从电压源150运行到负载160时，传输线120上的调制信号使p-n结二极管112偏压。调制信号例如可以具有时变射频(RF)分量和静态直流(DC)分量的正弦波形。取决于调制信号的特定波形，可以在沿脊型光波导21的各个时间和/或各个位置处通过电调制信号对p-n结二极管210进行正向偏压、零偏压或反向偏压。即，在任何给定时间，每个p-n结二极管210可以通过调制信号被不同地偏压。而且，p-n结二极管210中的任何特定一个可以在不同时间被调制信号不同地偏压。
当硅基电光调制器2单片地制造在诸如Si或SOI衬底的半导体衬底上时，它可以具有平板的形式，例如图3的平板200。具体地，图3示出了整体构造为平板200的硅基电光调制器2的立体图。图3还示出了沿着主传播方向111通过硅基电光调制器2的光波。在图2和图3中的箭头181和182分别表示进入和离开硅基电光调制器2的光波。具体地，箭头181表示当光在平板200的前表面201处进入硅基电光调制器2时的光波，而箭头182表示当光在平板200的后表面202处离开硅基电光调制器21时的光波。使用图3的笛卡尔坐标，主传播方向111与y方向大致对准。
图4是根据本发明的一个实施例的包括弯曲共面波导传输线的硅基电光调制器的传输线段的局部放大俯视图。采用图3的笛卡尔坐标，图4的俯视图从z轴的正侧朝向z轴的负侧观察平板200。如图4所示，脊型光波导21沿着主传播方向111从平板200的第一表面201延伸到平板200的第二表面202。在图4中示出了弯曲的共面波导传输线1的第一接地线11、第二接地线12和信号线10，均沿着主传播方向111延伸。图4还示出了多个p-n结二极管，例如p-n结二极管2101、2102、2103、2104。p-n结二极管2101、2102、2103、2104沿着主传播方向111设置作为脊型光波导21的一部分。此外，多个p-n结二极管2101、2102、2103、2104中的每一个都包括p型条(例如p-n结二极管2101，2104的p型条310)和n型条(例如，p-n结二极管2101,2104的n型条320)。p型条310和n型条320沿着主传播方向111对准。此外，p型条310和n型条320彼此相邻布置，并在p型条310和n型条320之间形成有p-n结330。虽然在图4未明确示出，对于位于第一接地线11和信号线10之间的p-n结二极管2102和2104，第一接地线11电耦合至p-n结二极管2102和2104的p型条，信号线10电耦合至p-n结二极管2102和2104的n型条。对于位于第二接地线12和信号线10之间的p-n结二极管2101和2103，第二接地线12电耦合至p-n结二极管2101和2103的p型条，信号线10电耦合至p-n结二极管2101和2103的n型条。换句话说，在第一接地线11和信号线10之间的p-n结二极管2102和2104与第二接地线12和信号线10之间的p-n结二极管2102和2104的p型条与n型条的取向在x轴方向是相反的；从而使得n型条始终对应信号线10；而p型条始终对应第一接地线11(如p-n结二极管2102和2104)或第二接地线(如p-n结二极管2101和2103)。可以构想，也可以将多个p-n结二极管2101、2102、2103、2104中的p型条和n型条的取向设置为p型条始终对应信号线10；而n型条始终对应第一接地线11(如p-n结二极管2102和2104)或第二接地线(p-n结二极管2101和2103)，使得脊型光波导21中沿主传播方向111设置的相邻p-n结二极管的p型条和n型条的取向彼此相反。多个p-n结二极管2101、2102、2103、2104中的每一个都被共面波导传输线1所携带的电调制信号(即，第一接地线11和信号线10之间的电压差，以及第二接地线12和信号线10之间的电压差)偏压。
脊型光波导21具有沿主传播方向111延伸的称为“脊”的一个或多个物理特征。每个“脊”是脊型光波导21的升高部分。脊型光波导21具有脊215(参见图5,6)，其在z方向上物理地突出。即，在脊215内的脊型光波导21的部分比在脊215外的脊型光波导21的部分更厚(即，在z方向上更高)。如图4所示，每个p-n结二极管2101、2102、2103、2104具有位于脊215内的相应的p-n结330。
参见图4，脊型光波导21包括有源段2111和无源段2110。脊型光波导21的脊215穿过有源段2111和无源段2110。有源段2111具有一个或多个p-n结二极管，而无源段2110不具有p-n结二极管。如图4所示，分别包括p-n结二极管2101、2103的有源段2111位于第二接地线12和信号线10之间；分别包括p-n结二极管2102、2104的有源段2111位于第一接地线11和信号线10之间。不包括p-n结二极管的无源段2110从相应的信号线10的第一过渡段103或第二过渡段104的下方(负z轴方向)穿过。根据本发明的实施例的可选实施方式，无源段2110可以从相应的信号线10的第一过渡段103或第二过渡段104的上方(正z轴方向)跨过。
根据本发明实施例的可选实施方式，共面波导传输线1可以是慢波传输线，其有助于减少脊型电光调制器2的光学路径和电气路径之间的速度失配。
图5是根据本发明的一个实施例的包括弯曲共面波导传输线的有源段的硅基电光调制器的横截面示意图。具体而言，在图5中示出构成硅基电光调制器2的绝缘衬底上硅(SOI)形式的衬底，该衬底包括硅衬底801、埋氧层(BOX)802和顶层硅803，顶层硅803包括硅层804、金属1层907和金属2层908，硅层804包括N掺杂的硅区域901、P掺杂的硅区域902、N+掺杂的硅区域903、P+掺杂的硅区域904、N++掺杂的硅区域905、P++掺杂的硅区域906。此外，示出了提供层间电连接的通孔909。如图5所示，通孔909用于将金属1层907电耦合至金属2层908。另外，通孔909还用于将金属1层907电耦合到N++掺杂的硅区域905和P++掺杂的硅区域906中的每一个。金属2层908用于形成电导体。
p型条由P掺杂硅区域902表示的部分、P+掺杂硅区域904表示的部分和由P++掺杂硅区域906表示的部分共同形成。类似地，n型条由N掺杂硅区901表示的部分、N+掺杂硅区903表示的部分和N++掺杂硅区905表示的部分共同形成。在P掺杂硅区域902所表示的部分与N掺杂硅区域901所表示的部分之间形成p-n结。
如图5所示，N掺杂的硅区域901和P掺杂的硅区域902彼此并排相邻设置。N+掺杂硅区域903与N掺杂硅区域901并排相邻设置，与P掺杂硅区域902相对。类似地，P+掺杂硅区域904与P掺杂硅区域902并排相邻设置，与N掺杂的硅区域901相对。另外，N++掺杂的硅区域905与N+掺杂的硅区域903并排相邻设置，并与N掺杂的硅区域901相对。类似地，P++掺杂的硅区域906与P+掺杂硅区904并排相邻设置，与P掺杂硅区域902相对。掺杂区域901-906形成在硅层804中，并且位于BOX层802的同一侧。
每个掺杂区域901-906可以通过在硅层804的特定区域中提供特定水平的N型或P型掺杂剂来形成。此外，图5所示的每层或掺杂区域可以具有优选的厚度范围。在一些实施例中，N掺杂硅区域901和P掺杂硅区域902中的每一个的厚度可以在100-500纳米(nm)范围内，以及掺杂浓度在每立方厘米(cm-3)1e17-1e18范围内。在一些实施例中，N+掺杂硅区域903和P+掺杂硅区域904中的每一个的厚度可以在70-320nm范围内，以及掺杂浓度在1e18-5e18cm-3范围内。在一些实施例中，每个N++掺杂的硅区域905和P++掺杂的硅区域906的厚度可以在150-400nm范围内，以及掺杂浓度在1e19-1e22cm-3范围内。金属1层907和金属2层908中的每一个可以由导电金属、合金或其他材料制成，例如铝铜(Al-Cu)合金。在一些实施例中，金属1层907的厚度可以在0.3-0.8微米(um)的范围内，而金属2层908的厚度可以在1.5-3um的范围内。在一些实施例中，BOX层802的厚度可以在2-4μm的范围内。N掺杂硅区域901和P掺杂硅区域902共同形成脊型光波导21的脊215。
根据本发明实施例的一个可选实施方式，脊型光波导21的高度在100～500nm的范围内，脊型光波导21的宽度在300-700nm的范围内。
图6是根据本发明的一个实施例的包括弯曲共面波导传输线的硅基电光调制器的无源段的横截面示意图。在图6中的顶部硅层804未掺杂有任何浓度的任何P型或N型掺杂剂。然而，未掺杂的硅层804形成区域的横截面轮廓与由图5的N掺杂硅区域901、P掺杂硅区域902、N+掺杂硅区域903、P+掺杂硅区域904、N++掺杂硅区域905和P++掺杂硅区域906串联组成的聚集区域的横截面轮廓相同。
参见图7，根据本发明实施例的一个可选实施方式，脊型光波导21的第一光臂211和第二光臂212可以分别穿过弯曲的共面波导传输线1。可以构想，图7中的共面波导传输线1可以是由两个分离的图4中的共面波导传输线1构成。还可以构想，图7中的共面波导传输线1可以形成一个整体，即将两个分离的图4中的共面波导传输线1中的一个共面波导传输线的第二接地线12与另一个共面波导传输线的第一接地线11接合在一起，因此形成具有2条信号线和3条接地线的结构的弯曲的共面波导传输线。
本发明的技术方案采用了蜿蜒形的共面波导传输线1，使得硅基电光调制器2的脊型光波导21的有源段2111均匀地分布在共面波导传输线1的两侧，从而在抑制了共面波导传输线1的不平衡性导致的其他模式的同时，避免脊型光波导的光的传输路径变长减小了电光调制器2速度失配，实现硅基电光调制器的高速率工作。
本发明的特征和益处通过参考实施例进行说明。相应地，本发明明确地不应局限于这些说明一些可能的非限制性特征的组合的示例性的实施例，这些特征可单独或者以特征的其它组合的形式存在。
以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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 (11)

1.一种共面波导传输线，包括：
第一接地线，包括第一有源对应段、第二有源对应段、连接第一有源对应段和第二有源对应段之间的第一过渡段、连接第二有源对应段和下一个第一有源对应段的第二过渡段；所述第一接地线的第一有源对应段、第二有源对应段、第一过渡段和第二过渡段周期性重复地延长；
信号线，包括第一有源对应段、第二有源对应段、连接第一有源对应段和第二有源对应段之间的第一过渡段、连接第二有源对应段和下一个第一有源对应段的第二过渡段；所述信号线的第一有源对应段、第二有源对应段、第一过渡段和第二过渡段形成弯曲形并且周期性重复地延长；
第二接地线，包括第一有源对应段、第二有源对应段、连接第一有源对应段和第二有源对应段之间的第一过渡段、连接第二有源对应段和下一个第一有源对应段的第二过渡段；所述第二接地线的第一有源对应段、第二有源对应段、第一过渡段和第二过渡段周期性重复地延长；
第一槽，其位于所述第一接地线和所述信号线之间，包括第一有源槽段、第二有源槽段、连接第一有源槽段和第二有源槽段的第一过渡槽段、连接第二有源槽段和下一个第一有源槽段的第二过渡槽段；所述第一槽的第一有源槽段、第二有源槽段、第一过渡槽段和第二过渡槽段形成弯曲形并且周期性重复地延长；
第二槽，其位于所述第二接地线和所述信号线之间，包括第一有源槽段、第二有源槽段和连接第一有源槽段和第二有源槽段的过渡槽段；所述第二槽的第一有源槽段、第二有源槽段和过渡槽段形成弯曲形并且周期性重复地延长；
其中，所述弯曲形包括大致S形或Z形的蜿蜒形状。
2.根据权利要求1所述的共面波导传输线，其特征在于：所述第一接地线的第一有源对应段、所述第一槽的第一有源槽段、所述信号线的第一有源对应段、所述第二槽的第一有源槽段、所述第二接地线的第一有源对应段彼此对应；所述第二接地线的第一有源对应段向所述信号线的第一有源对应段突出，使得所述第一槽的第一有源槽段的宽度和所述第二槽的第一有源槽段的宽度大致相同。
3.根据权利要求1所述的共面波导传输线，其特征在于：所述第一接地线的第二有源对应段、所述第一槽的第二有源槽段、所述信号线的第二有源对应段、所述第二槽的第二有源槽段、所述第二接地线的第二有源对应段彼此对应；所述第一接地线的第二有源对应段向所述信号线的第二有源对应段突出，使得所述第一槽的第二有源槽段的宽度和所述第二槽的第二有源槽段的宽度大致相同。
4.根据权利要求1所述的共面波导传输线，其特征在于：所述第一接地线的第一过渡段、所述第一槽的第一过渡槽段、所述信号线的第一过渡段、所述第二槽的第一过渡槽段、所述第二接地线的第一过渡段彼此对应，使得所述第一槽的第一过渡槽段的宽度和所述第二槽的第一过渡槽段的宽度大致相同。
5.根据权利要求1所述的共面波导传输线，其特征在于：所述第一接地线的第二过渡段、所述第一槽的第二过渡槽段、所述信号线的第二过渡段、所述第二槽的第二过渡槽段、所述第二接地线的第二过渡段彼此对应，使得所述第一槽的第二过渡槽段的宽度和所述第二槽的第二过渡槽段的宽度大致相同。
6.一种包括权利要求1-5任一项所述的共面波导传输线的硅基电光调制器，包括：
脊型光波导，用于传输光信号；
光分束器，用于将所述脊型光波导中的光信号分成两束分别进入第一光臂和第二光臂；所述第一光臂和所述第二光臂中的至少一个光臂包括周期性间隔设置的多个有源段和多个无源段；
光合束器，用于将所述第一光臂和第二光臂中的光信号合成一束；
其中，所述至少一个光臂交替地穿过所述共面波导传输线的第一槽和第二槽，使得所述至少一个光臂的多个有源段交替地设置在所述第二槽的第一有源槽段和所述第一槽的第二有源槽段；所述至少一个光臂的多个无源段交替地跨过所述信号线的第一过渡段和第二过渡段。
7.根据权利要求6所述的硅基电光调制器，其特征在于：包括绝缘衬底上硅形式的衬底，所述衬底包括硅衬底、埋氧层和顶层硅。
8.根据权利要求6所述的硅基电光调制器，其特征在于：所述光分束器为多模干涉器(MMI)或者Y分支结构；所述光合束器为多模干涉器(MMI)或者Y分支结构。
9.根据权利要求6所述的硅基电光调制器，其特征在于：所述有源段包括PN结构或者MOS电容结构；所述无源段不包括PN结构或者MOS电容结构。
10.根据权利要求9所述的硅基电光调制器，其特征在于：所述有源段的PN结构为p-n结二极管，包括p型条和n型条；对于设置在所述信号线和所述第二接地线之间的p-n结二极管，其p型条设置成对应所述第二接地线，其n型条设置成对应所述信号线；对于设置在所述信号线和所述第一接地线之间的p-n结二极管，其p型条设置成对应所述第一接地线，其n型条设置成对应所述信号线，使得所述脊型光波导沿主传播方向设置的相邻的有源段的p-n结二极管的p型条和n型条的取向彼此相反。
11.根据权利要求9所述的硅基电光调制器，其特征在于：所述有源段的PN结构为p-n结二极管，包括p型条和n型条；对于设置在所述信号线和所述第二接地线之间的p-n结二极管，其n型条设置成对应所述第二接地线，其p型条设置成对应所述信号线；对于设置在所述信号线和所述第一接地线之间的p-n结二极管，其n型条设置成对应所述第一接地线，其p型条设置成对应所述信号线,使得所述脊型光波导沿主传播方向设置的相邻的有源段的p-n结二极管的p型条和n型条的取向彼此相反。
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