不知道是否有人在关怀光电子的读者中做过这样的查询：光通讯体系中最要害的光电子器材是什么?假如有，大部分人的答复或许是“半导体激光器”。光电探测器或许会是少数人的答案。至于电光调制器…纷歧定都听说过。

　　实践上，电光调制器是把电子信号加载至光载波上的要害功用器材。对光通讯链路、特别是需求高速增加的数据中心互联(Data Centre Interconnect , DCI)链路来说，它的功能不只决议了发射光信号的码率、质量和传输间隔，而且也是光模块尺度和功耗的决议性要素。因此，电光调制器是高速光通讯链路真实的要害瓶颈性器材。

　　在长达30年的时间里，铌酸锂晶体钛分散波导电光调制器是长间隔高数码率光通讯体系的不贰挑选。其根本作业原理是根据铌酸锂(Lithium Niobate)晶体电光效应(Electro-Optic Effect , 又称Pockels效应)，经过施加电场导致折射率改变，然后完成光相位调制。铌酸锂晶体对光通讯波段波长彻底通明，具有极低的插入损耗。Pockels效应发生纯相位调制而没有寄生振幅调制，且该效应自身简直没有响应速度约束。其根本功能参数为半波电压-长度积，即获得Π相位调制所需的电压与传达长度之乘积。

　　将电光相位调制器置于马赫-曾德干与器(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)或其他干与光路中(例如环形谐振腔)，即可构建振幅调制器，并进一步构建杂乱的正交相位(IQ)调制器等面向相干光通讯的器材。铌酸锂晶体马赫-曾德调制器(MZM)具有优异的功能，但是其昂扬的价格、较大的尺度和较高的功耗是高密度、短间隔的光互连链路不能容忍的。前期的X切铌酸锂晶体电光调制器模块长度达10 cm以上，驱动电压达5-6 V，器材自身(50Ω 特征阻抗匹配)功耗即达～0.5 W，驱动电路模块功耗往往高达数瓦。因为光波与调制电信号的传达速度适配问题，较长的器材长度也不利于进步调制带宽。Z切铌酸锂晶体电光调制器降至CMOS兼容的电压规模(～3 V)，长度下降至5 cm以下，器材自身及驱动电路模块功耗大起伏下降，但关于光互连链路依然太高。

　　因此光互连链路很多选用对激光器驱动电流进行直接调制。直接调制具有简略、低成本的特色，可是信号码率遭到激光器调制带宽约束，而且往往随同明显的寄生频率调制，即所谓“啁啾(Chirp)效应”。跟着数据码率的剧增，直接调制现已不能满意信号码率、信号质量和杂乱调制格局的要求。

　　激光器与电致吸收(Electro-absorption)调制器单片集成的外调制激光器(EML)供给了部分解决方案。EA调制器是光强度调制器。其作业原理是半导体资料能带空隙随电场的改变(半导体资料的Franz-Keldish效应或量子阱结构的Quantum Confined Stark Effect, QCSE)导致半导体对光子能量挨近但略低于能带空隙的光波长吸收系数改变。EA调制器具有尺度小、驱动电压低以及可与激光器单片集成的长处，一起也具有插入损耗较高、寄生相位调制即啁啾效应较大、对波长较为灵敏和饱满光功率受限的缺陷。根据QCSE也可对光子能量低于且较远离能带空隙的光波完成寄生起伏调制较小的相位调制、并进一步构建MZM强度调制器和相干调制器。

　　近年来，跟着硅基光子(Silicon Photonics, SiPh)集成技能的兴起，根据硅资料的电光调制器作为硅基光子集成芯片的核心部件开端进入光互连链路有用。绝大多数硅基电光调制器都根据自在载流子等离子体效应(Free Carrier Plasma Effect)，即在半导体中注入自在载流子时，半导体折射率将发生改变，因此完成光相位调制。但是自在载流子一起也发生附加的光吸收，因此自在载流子等离子体效应电光相位调制器具有必定程度的寄生振幅调制，不光导致额定插入损耗，在进一步构建MZM强度调制器时并或许影响调制信号的消光比，需要在设计时细心优化。这一问题也对完成更杂乱的高阶、相干调制格局构成了约束。一起，载流子有限的注入和扫出的速度，决议了自在载流子等离子体效应调制器的调制速度或数据码率上限。

　　怎么防止硅基自在载流子等离子体电光调制器的缺陷、进一步进步硅基光子芯片发射光信号的质量、数码率，并完成频谱功率更高的杂乱调制格局，是一个首要技能应战。近年来，多种新式电光资料如聚合物、铁电资料薄膜如铌酸锂、钛酸钡(BTO)、钛锆酸铅(PZT)等薄膜甚至石墨烯等二维资料构建的电光调制器锋芒毕露。

　　其间，铌酸锂薄膜(Thin Film Lithium Niobate , TFLN)电光调制器得到研究者和产业界注重。铌酸锂资料的高可靠性在现有钛分散波导铌酸锂晶体调制器近30年的实践使用中得到了证明。相关于钛分散构成的弱波导，薄膜波导在坚持低插入损耗的一起具有较强的光约束，可将光波集中于横截面积约为分散波导十分之一的脊形波导内，然后大起伏下降半波电压-长度积，下降器材与驱动电路功耗、减小尺度并有利于进一步进步调制带宽。根据TFLN的电光调制器和其他光子器材接连获得突破性发展，完成了硅基集成，展现了～ 2 V-cm的半波电压-长度积、单波长高达320 Gb/s的数据速率和面向相干光通讯的正交相位(IQ)调制，并现已开端商业化进程。

　　电光聚合物、BTO、PZT等适于硅基集成的资料具有远高于TFLN的Pockels系数，展现了低于1 V-cm的半波电压-长度积，有或许进一步大起伏提高电光调制器功能。硅基集成石墨烯构建的电光调制器具有电致折射率或电致吸收调制能力，因此或许构建电致吸收强度调制器或相位调制器。石墨烯调制器展现了很低的调制电压-长度积，且因为石墨烯具有很高电子迁移率，其响应速度能够支撑很高的调制数码率。根据这些新资料的电光调制器是值得重视的发展方向。