基于SOI的Mach-Zehnder型热光可变光衰减器的设计

瞿鹏飞; 董玮; 李福民; 陈维友; 刘彩霞

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基于SOI的Mach-Zehnder型热光可变光衰减器的设计

首发时间：2010-02-04

瞿鹏飞 ¹ 董玮 ¹ 李福民 ¹ 陈维友 ¹ 刘彩霞 ¹

1、吉林大学电子科学与工程学院

摘要：文章系统的设计了一种基于SOI(Silicon on Insulator)单模脊型波导的Mach-Zehnder型热光可变光衰减器。在1550 nm波长下，采用FD-BPM（Finite Difference Beam Propagation Method）仿真软件对器件进行了参数优化及光传输特性模拟分析。模拟结果表明该器件的加热电极最优长度仅为150 µm，器件传输损耗约0.1 dB。热光作用区通过很小的折射率变化，即从0到5.3×10-3进行调节（相应的温度从0到30℃变化）时，可实现光功率从0.1dB到约40 dB的大范围动态衰减。运用FEA（Finite Element Analysis）软件对器件进行了热学稳态和瞬态分析。双脊型结构的选择增强了热光作用区SOI材料的自加热效应，使器件最大功耗仅约为57mw，热响应时间低于100 µs，其工作频率可达10 kHz以上。该器件易于用作基本单元构造多通道可变光衰减器，并且极易集成于硅光电子电路之中，在低成本光通讯领域中发挥应用。

关键词：可变光衰减器 SOI 热光效应 Mach-Zehnder干涉仪

For information in English, please click here

Design of the Mach-Zehnder Type Thermo-Optical Variable Optical Attenuator Based on SOI

Qu Pengfei ¹ Dong Wei ¹ Li Fumin ¹ Chen Weiyou ¹ Liu Caixia ¹

1、State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Jilin University

Abstract：A Mach-Zehnder type Thermo-Optical Variable Optical Attenuator (TO-VOA) was carefully designed based on Silicon-On-Insulator (SOI) single mode rib waveguide. Finite Difference Beam Propagation Method (FD-BPM) simulation was presented to optimize the devices’ parameters at the wavelength of 1550nm. The optimum electrode length of 150µm was obtained. The dynamic attenuation range from 0.1dB to 40dB was achieved by very small refractive index variation (0~5.3×10-3)and the corresponding temperature variation is 0~30℃. Finite Element Analysis (FEA) was used to simulate the steady-state and dynamic temperature response. Because the self-heating effect of SOI was enhanced by using double ridge structure, the max power consumption is only 57mw.The response time is about 100us, which makes the proposed device able to operate in the range of 10 kilohertz. The device，designed for low-cost photonic applications, could be easily used as the basic unit to fabricate multi-channel VOA and integrated in silicon optoelectronic circuits.

Keywords： Variable Optical Attenuator SOI Thermo-Optical effect Mach-Zehnder Interferencer

基金：

1. 国家“863”计划项目资助,教育部博士点基金（2007AA03Z406,20060183029）

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瞿鹏飞，董玮，李福民，等. 基于SOI的Mach-Zehnder型热光可变光衰减器的设计[EB/OL]. 北京：中国科技论文在线 [2010-02-04]. https://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201002-173.

No.3988551367212652****

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论文编号	201002-173
论文题目	基于SOI的Mach-Zehnder型热光可变光衰减器的设计
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