SOI悬浮波导中红外热光调制器设计与分析

本文主要分析了基于SOI（Silicon-On-Insulator）技术的单模中红外低损耗悬浮脊波导的热光调制器的设计、参数分析及工艺实现方法。作者通过3D-BPM（Beam Propagation Method）仿真研究了在5.4微米波长下，调制器的传输特性，结果显示，当加热电极长度为3毫米，仅需较小的温度变化（5.3摄氏度）即可达到-40分贝的消光比。这种中红外器件具有较大的尺寸和设计制作容差，对于中红外硅基光子学领域具有重要意义。 文章详细介绍了设计一种基于SOI的中红外热光调制器的方案，这种调制器利用了SOI材料的特性，即在绝缘体上的硅层上构建的单模脊波导，以实现低损耗的光信号传输。SOI技术因其良好的光子隔离性能和易于与现有半导体工艺集成，成为中红外光子学研究的重要平台。 文中提到的MMI-MZI型热光调制器，结合了多模干涉器（MMI）和马赫-曾德尔干涉器（MZI）的结构。MMI用于实现光功率的分配和复用，而MZI则通过热光效应改变光路的相位差，从而实现光信号的调制。热光效应是指通过加热元件改变介质的折射率，进而影响光的传播路径。 在设计和分析过程中，研究者运用了3D-BPM方法，这是一种数值模拟技术，用于计算光束在复杂结构中的传播行为。通过对模型进行仿真，他们得出结论：在特定条件下，调制器可以实现高效的光强度调制，这为中红外通信和传感等应用提供了可能性。 此外，论文还强调了这种中红外热光调制器的尺寸较大，这在一定程度上降低了对制造精度的要求，有利于实际制造过程中的容错性。同时，由于其在中红外光谱范围内的工作特性，使得它在中红外硅基光子学领域有广泛的应用前景，包括但不限于光通信、光谱分析、气体探测等。 这项工作不仅展示了基于SOI的中红外热光调制器设计的基本原理，还探讨了其关键参数和性能优化策略，为未来中红外光子集成电路的发展提供了有价值的参考。