硅基光子晶体集成器件：电光调制与粗波分复用新进展

"本文提出了一种基于硅基光子晶体的电光调制和粗波分复用集成器件，该器件采用L3型谐振腔和PN结实现电光调制，利用微腔与波导的直接耦合进行滤波。通过3D-FDTD的Lumerical软件仿真，证实了器件在1530 nm和1550 nm工作波长下，能实现高效的电光调制和双通道波长复用，具有低插入损耗、高消光比和良好的信道串扰抑制能力。器件尺寸小，适合高速大容量光通信系统集成应用。" 电光调制是光通信中的关键技术之一，它通过改变材料的电光特性来调节光信号的强度或相位。在本研究中，电光调制器模块是利用了光子晶体波导和L3型谐振腔的组合。L3型谐振腔是光子晶体结构中的一个关键元素，因其三个开口的特殊设计，能够在特定波长处产生强烈的光场增强，从而提供高效的光-光相互作用。同时，通过在谐振腔内引入PN结，利用等离子体色散效应，当施加电压时，PN结的折射率会发生变化，进而实现对通过谐振腔的光波长的调制。 粗波分复用（Coarse Wavelength Division Multiplexing, CWDM）是一种多路复用技术，允许多个光信号在同一光纤上传输，每个信号占据不同的波长。在本集成器件中，粗波分复用器模块同样基于L3型谐振腔，利用微腔与波导的直接耦合理论，选择性地让不同波长的光通过，实现不同信道的分离和复用。这种设计使得在1530 nm和1550 nm这两个常见通信窗口，可以有效地进行双通道波长复用，提高了光纤通信的传输容量。 3D-FDTD（三维时域有限差分法）是计算电磁学领域常用的一种数值模拟方法，特别适用于解决光子晶体和微纳光子器件的问题。Lumerical软件是这类问题的强大工具，通过对器件进行3D-FDTD仿真，研究者能够得到器件的性能参数，如插入损耗、消光比和信道串扰等。结果显示，该集成器件在1530 nm和1550 nm的工作波长下，具有0.70 dB和0.95 dB的低插入损耗，以及20.97 dB和22.05 dB的高消光比，这意味着调制性能良好。同时，信道串扰分别为-29.05 dB和-27.59 dB，表明不同信道间的干扰得到有效抑制。 器件的小尺寸（17.83 μm × 17.3 μm × 0.22 μm）是其一大优点，这得益于光子晶体结构的紧凑性，使得器件在保持高性能的同时，也具备了高度集成的能力。因此，该集成器件对于未来高速大容量的5G通信系统，尤其是在光子集成电路中的应用具有极大的潜力，可以显著提升光通信系统的效率和带宽。