طراحي مدولاتور الكترواپتيك سيليكان فوتونيك مبتني بر اكسيد قلع اينديوم

Design of a silicon photonic electro-optic modulator based on indium tin oxide

هدف اين مقاله، طراحي مدولاتور الكترواپتيك سيليكان فوتونيك قابل اطميناني مي‌باشد كه هم با فناوري فلز-اكسيد-نيمه‌هادي مكمل مقرون به صرفه سازگار است و هم داراي تلفات الحاقي پايين، نسبت خاموشي بالا و ابعاد كوچك مي‌باشد. براي طراحي اين مدولاتور از روش تغيير غلظت حامل براي ايجاد اثر الكترواپتيك استفاده شده‌ است. همچنين، به منظور كاهش ابعاد افزاره و نيز كاهش تلفات، مواد پلاسمونيك جديد مانند اكسيدهاي رساناي شفاف در ساختار پيشنهادي به كار گرفته شده‌اند. براي افزايش برهمكنش نور-ماده و تحديد نوري قوي‌تر، موجبر شكاف V-شكل در مدولاتور الكترواپتيك پلاسمونيك مبتني بر ماده اكسيد قلع اينديوم پيشنهادي مورد استفاده قرار گرفته ‌است. با توجه به نتايج به دست آمده در طول موج 55/1 ميكرومتر، اين مدولاتور به نسبت خاموشي حداكثر 5513/10 دسيبل بر ميكرومتر، تلفات الحاقي 0110/0 دسيبل بر ميكرومتر و معيار شايستگي 2/959 دست يافت. اين مدولاتور از رشد چشمگيري در معيار شايستگي به نسبت ساير مدولاتورهاي پياده‌سازي شده مبتني بر اكسيد قلع اينديوم برخوردار است.

The aim of this article is to obtain a reliable silicon photonic electro-optic modulator with low insertion loss, high extinction ratio and small footprint, which is also compatible with cost-effective complementary metal-oxide-semiconductor technology. To design this modulator, the carrier concentration change method has been used to create the electro-optic effect. Besides, in order to reduce the footprint and loss of the device, new plasmonic materials such as transparent conductive oxides have been utilized. To increase the light-matter interaction and strengthen the light confinement, a V-shaped slot waveguide has been used in the proposed silicon photonic electro-optic modulator based on indium tin oxide. According to obtained results at the telecom wavelength of 1.55 μm, this modulator offers a maximum extinction ratio of 10.5513 dB/μm, insertion loss of 0.0110 dB/μm and figure of merit of 959.2. This modulator has a significant increase in FOM compared to other implemented modulators based on indium tin oxide.