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在高速调制器中,绝大多数用的是交流耦合,交流耦合一方面无需适配电源电压和信号静态电压,只需进行BiasT的端接接口。T型三端网络,交流的调制信号只需关注Vpp调制信号摆幅,第二端的直流偏置由本地网络进行控制,一二端合并后成为第三端的实际电信号控制。

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现在呢,有了很多的直流耦合,比如OFC2022PPT汇编中Intel的用于硅光调制器的直流耦合,比如合集2021上第339-343页Lumentum用于InP调制器的直流耦合…..

这些所谓的直流耦合,并不是真正的直流信号的连接,实际上是集成了电容的“交流耦合”。

为什么外部放置交流耦合电容,不行呢从驱动芯片(或者DSP)把电芯片输出后,进入调制器之前,采用外部电容,有两个难处。

第一个难度是信号本身的劣化,

电信号路径很长,高频损耗就很大

交流耦合的电容很大,信号有高度差,阻抗不匹配

电容需要焊接,焊结的物料是不同的金属材质,电阻率有差异,阻抗不匹配

金丝键合,有寄生电感,降低带宽,同时阻抗不容易控制

第二个难处是,这些耦合电容需要地方去放置,不利于3D电光芯片Flip chip的高密度封装工艺。

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那么把电容集成在光芯片上,或者集成电路中,都可以。有个好处是高频耦合电容是越来越小的。

2021合集下册第55-57页,有40GHz以上的交流耦合电容的一些解释。

把电容集成起来,用一个宏观的直流耦合(也就是无外部耦合电容),实现高频封装,但并不改变其本质的交流耦合方式,这种设计理念就开始用于咱们的光模块。

比如Intel这种,3.2T /6.4T CPO,比如Lumentum这种用于相干的IQ调制器等等。集成一个片上高频小电容,从技术上来说,是可行的。

分两类解释,InP的片上电容

InP的调制器波导,有PIN、NIPN等,这不是今天的重点。通常电极是位于波导上方。

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MZ调制器的双波导,大多数分布如下

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2021合集里的那个直流耦合,片上电容的集成,是一个MOS电容,金属-氧化物-半导体InP的电容。

氧化物的本质是制作绝缘体,就是电容两个电极板之间的绝缘填充物。可以是氧化硅、氧化铝,当然使用氮化硅也是可以做MOS电容的。

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硅波导的电极是横向分布的,

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如果是微环调制器,就是上图波导,如果是MZ调制器,一般是用的下图电极分布。

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如果要集成电容的话,基于硅的半导体工艺多层互联,利用两层金属电极夹一层绝缘体,更容易制作。夹着的绝缘体,可选择氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铪…, 都是常见硅光集成/硅基集成电路中的常见材料体系。

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片上集成电容,主要的难点是受限于尺寸,电容的容量比较小。如果能满足设计需求,采用集成电容适用于大带宽的光调制器的应用场景。

审核编辑:刘清

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