硅基马赫曾德尔电光调制器的高速电路研究-电子与通信工程专业论文.docx
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- 2019-04-05 发布|
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上海交通大学硕士学位论文
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万方数据
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硅基马赫曾德尔电光调制器 的 高速电路研究
摘 要
硅基光子学近年来发展迅速,由于硅是微电子加工的传统材料,有着无可比拟 的低成本优势,所以为研制可集成的高速电光调制器提供了机遇。电光调制器是光 通信、光互连和光信号处理的核心器件,特别是基于等离子色散效应的硅基电光调 制器具有较高的调制速率和低成本批量化生产潜力,应用前景广泛。
论文围绕着硅基马赫曾德尔调制器,分析了行波电极的相关理论,仿真优化了 调制器芯片的片上电学互连线;提出了单端推挽的行波电极结构,并以此基础设计 了一种四相移键控(QPSK)调制器芯片;设计了两种用于集成的调制器高速驱动电路。 论文主要内容包括以下几个方面:
(1)硅基马赫曾德尔调制器芯片的高速电路相关研究 主要分析仿真并优化了调制器芯片的片上电学部分。首先分析了行波电极的主
要特性和等效电路模型。通过理论计算得出电阻、电感和电容的数值,并分析不同 数值的电抗参数对其特性的影响,结果表明 PN 结的等效电容值和行波电极的等效电 感影响较大。之后优化了调制器芯片的两种常用行波电极结构(CPS 和 CPW),片上 高速微波互连线以及 I/O 接口部分。结果表明其阻抗匹配在 50 欧姆附近,正向传输 系数 S21 和反射系数 S11 均符合低损耗要求,片上电学部分的整体 3dB 带宽在 30GHz 以上。
(2)单端推挽工作的行波电极设计
为了实现高效紧凑的 QPSK 调制器,本人设计出了一种单端推挽形式的行波电 极结构。在这种结构中电极置于马赫曾德尔两臂的外侧,两臂中间的平板层掺杂形 成导体与外部的直流偏置信号相连。优化后的仿真和实验结果表明电极的阻抗在 50 欧姆附近,阻抗匹配良好。通过实验测试,基于此电极的马赫曾德尔调制器可以实 现 20Gb/s 的调制速率。在此单端推挽行波电极