利用等离子体色散效应来增强硅基电光调制器的性能

据麦姆斯咨询报道，近期，英国南安普顿大学（University of Southampton）硅光子学研究小组近期以“Harnessing plasma absorption in silicon metal oxide semiconductor (MOS) ring modulators”为题在知名期刊Nature Photonics上发表了一篇关于硅基电光调制器的研究论文。该论文显示，可以利用等离子体色散效应期间的吸收来增强硅基电光调制器的性能。

这项研究隶属由英国工程与物理科学研究委员会（EPSRC）和Rockley Photonics共同资助的Prosperity Partnership项目。

全硅等离子体色散效应环形谐振器调制器具有诱人的发展前景。然而，其性能目前受限于调制深度和开关速度之间的权衡。为此，研究人员介绍了一种突破该限制的机制，通过利用硅基金属氧化物半导体（MOS）波导中引起的等离子体吸收，来提高低品质因数、高速环形调制器的消光比。

南安普顿大学光电子研究中心（ORC）高级研究员Weiwei Zhang博士评论称：“硅基MOS环形调制器将电信号转换为光信号。这基于等离子体色散效应，如果增加波导中电子和空穴的浓度，会得到光的相移，以及吸收的增强。到目前为止，吸收部分一直被认为是不需要的，因为它会增加整个器件的损耗，从而减少获得的光量。”

Weiwei Zhang补充道：“我们的研究表明，可以利用这种吸收来使调制器在相同的器件电容下获得更好的表现。结果，我们成功展示了迄今为止在此类器件上记录的最快数据传输速度，高达每秒100吉比特。”

性能改善

“我们的研究重点之一，是不断提高硅光子学中电光调制器的性能。虽然业界有一种趋势是引入其他材料来实现这一目标，但其CMOS兼容性可能会受到影响，从而导致更高的生产成本。我们的研究表明，仍然有办法以相对较低的制造成本，提高全硅基器件的性能。” Weiwei Zhang继续说道。

创新研究有可能带来新的科学机遇。领导这项工作的David Thomson教授补充道：“高带宽、低功耗和紧凑型硅基电光调制器，对于未来高能效、密集集成的光数据通信至关重要。我们开发的器件证明了这方面的潜力，该器件可以调制特定波长的光。”

“该器件的紧凑性和高能效特性，使我们能够在同一波导上密集地集成这些调制器的阵列，其中，每个调制器都能够以不同的波长进行调制。这就是所谓的波分复用，从而传输更多的数据。”他解释称。

Thomson教授补充称：“我们很高兴这项研究的重要性通过在Nature Photonics期刊上发表而获得认可。这项研究成果是通过南安普顿大学和Rockley Photonics团队在概念开发、设计建模、洁净室制造和器件表征等方面的努力合作才得以实现。我们期待业界对这项成果的回应，并希望它能带来新的合作，为该领域的研究打开新思路。”

审核编辑：刘清