题目：硅基光调制器件技术研究

    在光通信产业的推动下，光电子集成电路（Opto-electronic Integrated Circuit，OEIC）技术发展极为迅速，已成为光通信与光互连技术发展的主流趋势。硅基光（Silicon-based Photonics）技术是实现OEIC单片集成的一种有效手段，作为OEIC系统中的关键功能器件—硅基光学调制器，该器件的实现与发展对OEIC的实际应用具有重要的推动作用。本文在国家自然科学基金的资助下，对硅基MZ光学调制器的设计、制作及测试技术进行了理论和实验研究，重点建立了理论模型对器件特性进行了详尽的理论分析，确定了器件的优化原则，并结合工艺与测试要求，完成了器件总体方案及工艺流程的优化设计。协助加工单位完成了器件制作，并搭建了测试平台对器件的关键性能进行了测试，实现了器件的原理验证，并对首轮原理器件存在的问题进行了分析，确定了相应的改进方案，对原理器件性能的进一步提高具有非常重要的指导意义。论文还对一种新型的硅基谐振式调制器——基于MZ结构的微环耦合调制器进行了详尽的理论分析与性能仿真，同时对其动态特性分析方法进行了改进与完善，并与传统的硅基微环调制器进行了性能对比。本文主要工作有以下几点：

    利用Rsoft的BPM及LaserMOD模块完成了微米级硅基MZ光调制器的光学特性以及电学特性的理论分析和仿真研究，基于有限差分光束传播法（Finite Difference Beam Propagation Method, FD-BPM），对微米级脊形光波导光学特性进行了分析，给出了波导单模传输的条件，根据载流子色散效应对调制器电学结构进行了仿真和模拟，总结了掺杂间隔和掺杂浓度对电学特性的影响，并给出了最终优化方案，优化后的调制器调制带宽为40.9MHz，半波电压为0.76V。

    针对硅基光调制器的加工工艺进行了大量调研，并在此基础上设计了工艺加工流程，根据优化设计方案对器件的掩膜版图进行了绘制，通过外协完成了样品器件的加工制备，并对器件实施了端面解理。

    搭建了精密耦合测试平台对器件性能参数进行了测试，完成了微米级光波导传输损耗、调制器半波电压、消光比等关键参数的测试。测试结果表明：传输损耗为1.36dB/cm，半波电压为3.07V，消光比为3.05dB，成功实现了器件的原理验证。基于测试结果，发现并总结了器件在设计、加工、测试方面存在的问题，确定了下一轮器件的改进方向。

    针对功耗小、集成度高的硅基微环调制器提出了一种基于动态模型的时域求解方法对环内折射率调制与耦合调制方式下硅基微环调制器的光谱特性、功耗、动态特性进行了模拟与分析，并对两种方式的性能进行了对比。模拟结果表明：环内折射率调制更易实现调制器的高调制效率，而耦合调制则具有无啁啾特性，更利于高速长距离光通信系统中的应用。并且对于环内相位调制，微环光子寿命将限制微环调制器所能获得的最大调制带宽，而对于耦合调制，微环调制器则能突破微环光子寿命对调制带宽的限制，在光域上可获得无限的调制带宽。