本发明专利技术公开了一种集成电光调制电路，要解决的技术问题是降低利用载流子色散效应的电光调制器的功耗，提高其工作速度。本发明专利技术的集成电光调制电路，所述光波导与电路的电容集成形成物理结构为一体的波导电容，此波导电容是电光调制电路拓扑结构的一个电路元件。本发明专利技术与现有技术相比，将电光调制发生的物理媒体－光波导与电容结合的复合体－波导电容与其他电路元件，包括晶体管，集总地或分布地单片集成在一起，通过调制电路的设计来控制对波导电容的充电和放电的过程，来避免器件物理结构上对调制速度的限制，并降低功耗，有效地减小调制器的尺寸，提高电路的工作速度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种集成电光器件，特别是一种电光调制器。
技术介绍
在各种光通信系统中，当激光器的直接调制不能达到系统的性能要求时，就 必须使用外调制器。外置高速电光调制器是实现外调制功能的器件，使通过光信 号的幅度或相位随输入电信号的电压值而改变。现有技术对电光调制器的设计，都是把调制器作为一个和驱动电路分开的单 独的器件，不能够充分利用光波导和晶体管单片集成的好处。在性能上两个典型 的损失是1、调制器与驱动电路的连接是50欧姆传输线，为满足与驱动电路的 阻抗匹配的要求，调制器的输入阻抗也必须是50欧姆，这不利于降低器件的功 耗；2、调制器工作速度受器件物理结构的影响，不能通过驱动电路来补偿。如图 l所示，为目前典型的行波结构的基于载流子色散效应的电光调制器，光波导脊l 的波导一侧为P型掺杂区4，波导另一恻为N型掺杂区5，波导两侧设有金属触 点6，行波电极正端2与P型掺杂区4连接，行波电极负端3与N型掺杂区5连 接。P型掺杂区4和N型掺杂区5在波导中形成PN结；当电波沿行波电极正端2 和行波电极负端3组成的行波电极传播时，会对波导中的PN结施加正向或反向 电压，从而改变波导内PN结区内的载流子浓度，于是就对沿波导传播的光波的 相位产生了调制。从器件的物理结构上，如果PN结被反向偏置，其结电容小，理论上可以证 明，单位导模横截面积所携带的结电容越小，调制效率越低。于是，这种方向偏 置的行波PN结调制器所需驱动电压高，而如果用正向偏置，虽然结电容增大， 但调制器的工作速度将受到少数载流子寿命的影响。在这个器件中，沿行波电极传播的电波由驱动电路7产生，连接驱动电路7 和行波电极的是50欧姆传输线8，行波电极本身被一个50欧姆匹配负载9所终 结。由于这一结构，行波电极的设计要求其特征阻抗也为50欧姆，因此，即使可 以把波导内PN结电容做大，在调制器的设计上也不允许。而沿行波电极传播的 电波所携带的能量会最终消耗在终结匹配负载上，对器件的功耗来说是很大的浪 费。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种集成电光调制电路，要解决的技术问题是降低利用 载流子色散效应的电光调制器的功耗，提高其工作速度。利用载流子色散效应的 电光调制器的原理是通过改变光波导有限空间里的载流子浓度来调制这一空间里 的折射率从而改变通过光场的相位。本专利技术采用以下技术方案 一种集成电光调制电路，包括光波导，所述光波 导与电容集成形成物理结构为一体的波导电容，所述波导电容是电光调制电路拓 扑结构的一个电路元件。本专利技术的波导电容在物理上与电光调制电路的晶体管和其它电路元件集成在 一起，波导电容与电路中晶体管和其他电路元件的空间距离小于等于集成电路中 容许的晶体管的尺寸。本专利技术的波导电容由码型转换电路经受控电源输出信号控制。本专利技术的受控电源是受控电流源。本专利技术的码型转换电路由上升沿触发的单击电路和下降沿触发的单击电路构 成，所述受控电流源由正向电荷泵浦和反向电荷泵浦并联构成，上升沿触发的单 击电路输出连接正向电荷泵浦控制端，下降沿触发的单击电路输出连接反向电荷 泵浦控制端，所述波导电容直接构成受控电流源电路的负载。本专利技术的波导电容与电感、波导电容的镜像电容并接在电源的两端构成开关 谐振器集成电光调制电路，波导电容一端串接有第一开关，为调制器谐振回路的 开关，波导电容的镜像电容一端串接有第二开关，为镜像谐振回路的开关。 本专利技术的波导电容的镜像电容采用波导电容，两个波导电容互为镜像。 本专利技术的集成电光调制器采用在绝缘衬底上的硅层上做选择性氧化、搀杂后形成沿光波导的传播方向交替出现的横向NPN和PNP双极性晶体管对，构成互 补晶体管对集成电光调制器，NPN和PNP管的基区为波导电容。本专利技术的NPN晶体管的结构为波导脊的坡形区和波导脊两边实施N型掺 杂，光波导的脊区实施P型掺杂，形成NPN晶体管，光波导脊区成为NPN晶体 管的基区，基区的宽度和波导脊的宽度一样；PNP晶体管的结构为光波导的脊 区实施P型掺杂，波导脊的坡形区一边和波导脊两边实施P型掺杂，波导脊的坡 形区另一边为N型掺杂，形成PNP晶体管；PNP晶体管的发射极和NPN晶体管 的基极共用触点，所述双极性晶体管对中，NPN晶体管和PNP晶体管的基区电容 构成所述波导电容。本专利技术的波导电容与晶体管组成电光调制电路单元， 一个以上的电光调制电 路单元沿光波导分布。本专利技术与现有技术相比，在光波导内制作电容结构提供对电子和空穴的限制 和存储，将电光调制发生的物理媒体-光波导与电容结合的复合体-波导电容与其 他电路原件，包括晶体管，集总地或分布地单片集成在一起，通过调制电路的设 计来控制对波导电容的充电和放电的过程，来避免器件物理结构上对调制速度的 限制，并降低功耗，有效地减小调制器的尺寸，提高电路的工作速度。附图说明图1是现有技术的电光调制器示意图。图2是本专利技术的电路框图。图3 (a)是本专利技术实施例1的电路图。图3 (b)是图3 (a)电路中各节点的波形时序图。 图4是本专利技术实施例2的电路图。 图5是图4的具体电路图。 图6是图5的模拟计算结果图。图7 (a)是本专利技术实施例3的未掺杂的物理结构横截面图。 图7 (b)是本专利技术实施例3的掺杂后的物理结构横截面图。 图7 (c)是本专利技术实施例3的物理结构俯视图。 图8是图7 (c)的等效电路图。 图9是本专利技术实施例4的结构图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图2所示，本专利技术的 集成电光调制电路，输入光信号IO为连续光信号，它经过波导电容19后，相位 被波导电容19中自由载流子浓度的变化所调制后，输出光信号11，码型转换电 路15将输入的电信号14的码型转换成后续受控电源16所需的码型，放电电阻17 表示波导电容由电容内部和外部漏电流所构成的自放电电阻。波导电容19是电场 与光场互作用的地方，是光波导13与制作在波导内的电容18的物理结构复合 体，同时提供对光场的限制定向传播，以及对电子和空穴的限制和存储。波导电 容作为电光调制电路拓扑结构的一个电路元件，在物理上与电光调制电路的晶体 管和其它电路元件完全直接集成在一起，波导电容与电路中晶体管和其他电路元 件的空间距离小于等于集成电路中容许的晶体管的尺寸，元件之间的信号传播时 延可以忽略。基于载流子色散效应的电光调制，是通过改变波导体积内的载流子浓度来完 成的。从电路的观点看，就是一个给电容器充放电的过程。本实施例的电光调制 电路中，波导电容19的充放电电流用/力)来表示。而波导电容一般都有一个自放 电的途径，用放电电阻17表示，于是波导电容19中的电荷积累和释放就可以用 以下的微分方程来表示<formula>formula see original document page 8</formula>式(1)中，WO是充放电电流，由受控电流源16提供。及代表放电电阻17，其 可以是波导电容19寄生的并行电阻，也可以包括电子和空穴在PIN结中的自复 合，如果是这种情况，C(0.i 也可以用PIN结中的少数载流子的寿命来代替。在硅或其他半导体内，由于载流子色散效应，载流子浓度几乎线性地影响材 料的光折射率。既然在波导体积内的载流子浓度正比与所积累的电荷^本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成电光调制电路，包括光波导，其特征在于：所述光波导与电容集成形成物理结构为一体的波导电容，所述波导电容是电光调制电路拓扑结构的一个电路元件。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，
申请(专利权)人：李冰，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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