檀亚松，余 辉，郝寅雷，杨建义，江晓清

基于SOI悬浮波导的中红外热光调制器的分析

檀亚松，余 辉，郝寅雷，杨建义，江晓清

（浙江大学信息与电子工程学系，浙江杭州310027）

设计了一种基于SOI（Silicon-On-Insulator）单模中红外低损耗悬浮脊波导的MMI-MZI型热光调制器。对单模悬浮脊波导和基于悬浮波导的调制器的参数进行了分析，并给出了工艺实现方法。在波长5.4μm，采用3D－BPM（Beam Propagation Method）方法对热光调制器的模型进行了传输特性的仿真。结果表明在加热电极长度为3 mm时，热光作用区通过很小的温度变化ΔT＝5.3℃时，可以实现消光比为－40 dB。该中红外器件尺寸大，设计和制作容差大，在中红外硅基光子学有着重要的应用。

中红外；悬浮波导；热光效应；调制器；集成光学

1 引 言

由于中红外波段在众多领域有着潜在的应用，如化学－生物－物理传感、医药、自由空间光通讯、热成像和红外军事对抗等。中红外（MIR）硅基光子学在过去的几年里吸引着越来越多的关注［1－2］，其最新进展有：基于蓝宝石上硅（SOS）材料的工作波长为4.50μm、5.08μm、5.5μm的中红外光波导器件［3－5］，传输损耗分别为4.3 dB／cm、1.9 dB／cm、4 dB／cm；基于SOI材料的工作波长为3.39μm、3.73μm、3.8μm的中红外脊波导［6－7］，传输损耗分别为0.6－0.7 dB／cm、1.5±0.2 dB／cm、1.8±0.2 dB／cm；硅基工作波长为10.6μm的多模干涉功分器［8］；基于SOI材料的悬浮脊波导［9］，在工作波长2.75μm的传输损耗为3.0±0.7dB／cm。

迄今为止，绝缘体上硅（SOI）材料已被广泛地应用在光电子集成电路（PIC）和光电集成电路（OE-ICs）中。然而SOI波导的工作波长范围受到埋氧层（BOX）的透明窗口（低于2.6μm、3.4μm附近）的限制。为了克服这一限制，蓝宝石上硅（SOS）材料作为一种替代方案被用于中红外波导器件的制作。……