硅光調(diào)制器的帶寬極限是多少？

高速硅光調(diào)制器主要采用載流子耗盡型的相移器，其工作時為反偏的PN結，由于其調(diào)制效率較低，對于Mach-Zehnder型調(diào)制器，相移器的典型長度2-3mm, 因此需要采用行波電極(traveling-wave electrode)來優(yōu)化EO帶寬，行波電極的設計主要優(yōu)化三個方面: 1)RF信號的插損，2)RF信號與光信號的群速度匹配，3) RF信號的阻抗匹配。小豆芽檢索到的兩篇相關文獻，分別實現(xiàn)了47GHz和60GHz的EO帶寬。文獻1和文獻2都采用T型慢波TW電極，如下圖所示，

兩者采用的PN結結構也非常類似，MZM上下兩臂的PN結串聯(lián)在一起，采用push-pull的驅動方式。中間區(qū)域的p++/n++施加直流的bias偏壓。

兩個研究組后續(xù)都實現(xiàn)了單通道200Gbps的PAM4信號傳輸。

為了解決較長的TW電極帶來的帶寬限制，加拿大Laval研究組提出了分段TW電極的方式，將行波電極調(diào)制器的EO帶寬提高到67GHz。其調(diào)制器設計如下圖所示，包含三小段相移器，每一段相移器都有相應的行波電極。

北京大學研究組借助于Bragg光柵的慢光效應，提高了調(diào)制效率，相移器長度只有124um，其EO帶寬達到110GHz以上，調(diào)制器結構如下圖所示，

對于微環(huán)調(diào)制器，可以通過借助peaking效應提升EO帶寬，Intel在OFC 2022報道了其最新的微環(huán)調(diào)制器設計，其3dB EO帶寬為62GHz，如下圖所示，并首次實現(xiàn)了基于微環(huán)調(diào)制器的240Gbps PAM4信號傳輸。

以上是對高速硅光調(diào)制器的簡單整理，簡單來說，目前硅基電光調(diào)制器的EO帶寬可以達到60GHz以上，實現(xiàn)200Gbps以上的PAM4信號傳輸。

但是進一步提高其EO帶寬，會存在一些困難。可以借助于一些特殊的光學結構，例如Bragg光柵型的慢光調(diào)制器，也可以借助于薄膜鈮酸鋰材料(LNOI)和BTO材料(BaTiO3)。