宽带电光调制器的研究现状与新型硅基混合集成调制器的发展趋势

李金野　于丽娟　刘建国

摘要：雷达、电子对抗、无线通信正向着宽带化、集成化、阵列化的方向快速发展，对电光调制器的带宽、半波电压、尺度等提出了更加苛刻的要求。分别对铌酸锂、磷化铟、硅基以及聚合物电光调制器进行了剖析，证明单一材料体系已难以满足系统应用需求。指出硅基混合集成电光调制器融合了多种材料体系的优点，将会对未来微波光子模拟光传输链路和信息处理的发展提供强有力的支撑。

关键词： 电光调制器；硅基混合集成；低半波电压；小尺度

Abstract： Radar， electronic countermeasure and wireless communication have developed rapidly in the direction of broadband， integration and array， which brings more challenges on bandwidth， half-wave voltage and footprint of the electro-optical modulator. In this paper， modulators based on different material system， including the lithium niobate， indium phosphide， silicon and electro-optical polymer are analyzed， which shows that the single material system is difficult to meet the system application requirements. In this case， a silicon-based hybrid integrated electro-optical modulator combining the advantages of various material systems is proposed， which is expected to provide a strong support for the development of microwave photon analog optical transmission links and information processing.

Key words： electro-optic modulator； silicon-based hybrid integration； low half-wave voltage； small scale

近年来，雷达与电子对抗、无线通信等信息系统正朝着宽带化、集成化和小型化的方向快速发展。这些信息系统对模拟光链路都具有严格的要求，调制器是模拟光链路中的核心器件，需要具有高带宽、低半波电压、低插入损耗、小体积以及高线性度等特性。

众多机构对研制高性能调制器进行了深入探索，取得了卓有成效的进展和成果。按材料体系分类，电光调制器主要分为铌酸锂（LiNbO3）调制器、磷化铟（InP）调制器、硅调制器和聚合物电光调制器，几种调制器各具特色。例如：LiNbO3调制器是最成熟的电光调制器，带宽大、可靠性好，但尺寸大，难以实现与激光器和探测器集成；InP调制器易集成，但损耗高、成熟度低；硅调制器尺寸小，损耗低，但线性度差；聚合物电光调制器带宽大，但损耗高、可靠性差。因此，单靠一种材料体系，难以满足微波光子系统对宽带调制器的需求。硅基混合集成调制器融合了硅基材料体系易于集成和其他材料体系电光系数高的优势，获得了高度关注并极有可能在未来宽带信息系统中发挥重要的作用。……