Влияние физических свойств p-n перехода на СВЧ характеристики электрооптического модулятора на кремнии / Царев А. В., Тазиев Р. М

В настоящей работе представлены результаты численного моделирования электрооптическогомодулятора Маха-Цендера с применением делителей пучка на основе многомодовой интерференции(ММИ) в структуре кремний на изоляторе (КНИ). Управление обеспечивается за счет эффектаобеднения в вертикальном p-n переходе, который может быть изготовлен с помощьютехнологической процедуры самовыравнивания. Показано, что благодаря применению специальногопрофиля легирования донорными примесями для формирования p-n перехода удаетсясущественным образом оптимизировать свойства электрооптического модулятора на КНИ подзаданную полосу рабочих частот и величину управляющего напряжения. В частности, предложенаоптимальная конструкции модулятора бегущей волны, согласованного с внешней 50-омнойнагрузкой, для которого при величине обратного смещения в -5 вольт и активной длине 1.7 ммвозможна оптическая рабочая полоса частот около 50 ГГц. При этом модулятор на вертикальном p-nпереходе будет иметь общую длину 7 мм и внутренние потери около 4 дБ, которые складываются изпотерь на двух ММИ 1х2 и 2х2 (0.3 дБ), потерь в активной части модулятора (1.2 дБ) и потерь нараспространение на несовершенствах границ волновода (2.1 дБ/см =0.73 дБ/см).Также предложен особый профиль легирования p-n перехода модулятора, обеспечивающийоптическую полосу частот 30 ГГц при величине обратного смещения в –3 вольта и длине модулятора2.5 мм. Модулятор сконструирован на гребенчатом оптическом волноводе шириной 600 мкм,высотой гребня 200 нм и высотой планрного основани 200 нм, которое оптимально для изготовлениярешеточных элементов связи, а фундаментальна мода данного гребенчатого волновода спренебрежимо малыми потерями может быть трансформирована [1] с помощью инвертированногоклина в широкий пучок планарного основания для последующего перехода с помощьюдифракционной решетки в одномодовое оптическое волокно. Такие модуляторы могут найтиприменение в устройствах интегральной оптики, оптической связи и радиофотоники.Авторы благодаряткомпанию Synopsys, Inc. запредоставление лицензионногопрограммного обеспечения отRsoft для компьютерногомоделирования наших структур.Работа выполнена при частичнойфинансовой поддержкеМинистерства образования инауки России, уникальныйидентификатор работ (проекта) RFMEFI58117X0026, в части приобретения программногообеспечения, а также разработки и оптимизации оптической схемы модулятора на основе ММИ.Работа также выполнена при частичной поддержки гранта РНФ 19-19-00169 в части расчетаэлектрофизических параметров модулятора на основе p-n перехода.