通过最新的数字信号处理（DSP）辅助相干检测，光通信正在接近传统单模光纤（SMF）的理论容量极限。如果这种趋势继续下去，将来可能会发生“容量紧缩”，当前的通信系统不再能够维持互联网的带宽需求。通过考虑二氧化硅的剩余损耗机制，即表面散射和红外吸收损耗，预测的最低损耗窗口从1550 nm偏移到1900-2100 nm波段，理论最小损耗可达到0.1 dB / km; 这种损耗低于最好的传统SMF（0.1484 dB / km），因此2μm波段有希望成为下一个通信窗口。近日南安普顿大学光电子研究中心的工作人员及其合作伙伴展示了基于220 nm绝缘体上硅平台，利用硅中自由载流子等离子体分散效应制成的高速调制器，其工作波长为1950 nm，填补了2μm电信系统有源元件开发的空白。

图1 MZI和环形调制器的移相器的横截面。

文中分析了波长的增加对调制器性能的影响，并对设计的调制器进行了模拟仿真以权衡其各个参数的配置。当从1550-1950nm增加波长时，光学模式的扩展将导致与高掺杂区域的更多相互作用，但载流子效应也得到了增强。通过精心选择的参数，可实现2μm的高速调制，并且具有与1550 nm方案类似的性能。在实验上，把载波消耗调制器设计用于宽带操作，比较了其在1550 nm和1950 nm处的性能。对于1950nm，4V反向偏压下的器件调制效率为2.68V·cm，1550nm时为2.02V·cm。在1950nm处的低效率是由于较大的光学模式与PN结中的耗尽区的较低重叠因子引起的。在1950nm处，载波耗尽调制器以20Gbit / s的数据速率工作，消光比为5.8dB，插入损耗为13dB。器件工作是宽带的，在1550 nm处的性能也进行了展示。在1550nm处，以30Gbit / s获得睁开的眼图，消光比为7.1dB。带宽差异是由2μm测量设置的带宽限制引起的。此外作者还展示了在载波耗尽模式下工作的环形调制器，其在4V反向偏压下具有43pm的谐振偏移。在低功耗集成驱动器的驱动，2μm工作波长下，以3 Gbit / s的数据速率， 2.38 pJ / bit的功耗工作在混合载波耗尽和注入模式下。这项工作是原理演示的证明，并为2μm工作窗口中的完整硅基收发器铺平了道路。相关内容以《High-speed silicon modulators for the 2 μm wavelength band》为题，发表在《Optica》杂志上。

图2 微环调制器的DC表征结果。（a）各种正向偏压下的环响应偏移。（b）在0-1.5 V正向偏压之间发射功率的消光比。

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