新加坡研究出同时仿真电和光特性的方法，助力实现光电器件前所未有的性能

　　ICCSZ讯  新加坡科技研究局(A*STAR)开展一项研究，将基于电的系统和基于光的系统联合仿真，实现性能上前所未有的突破。该研究成果将非常有助于提升现代通信系统中的光电电路性能。

　　研究背景

　　与传统的电学相比，光具有特殊优势——能够远距离高保真传输信息，且信息量更大。光纤网络正是利用这些优势实现更快速、更高效的数据通信。然而，每个光纤末端的器件通常都是传统的电子器件，这种光电信号的接口器件性能限制了数据传输速率。

　　当前已有很多工作在研究如何基于传统硅基电路和芯片开发出更快、更小的光电器件。但在同一器件中模拟电子和光学效应非常复杂，阻碍了这一研究的进展。

　　A*STAR高性能计算研究所的Thor Lim及其同事找到了一种将电子和光学效应结合成一种数值仿真模型的方法。已证明这一研究成果能够显著提升硅光学调制器的性能。

　　研究内容

　　Lim说：“光调制器是通过对光施加电脉冲来改变光传播的光电器件。在光通信系统中，用于将电子信息编码到激光束中。”

　　硅调制器通常包含移相器，用于通过施加射频信号改变光波导的折射率。通过经相位调制的光束干涉实现光强度调制。由于该工作原理，硅光调制器的性能主要取决于移相器的性能。当前的硅移相器设计主要利用自由载流子等离子体的散射效应实现相位调制。

　　制造硅调制器有许多参数，也受到许多制造条件限制，因此需要通过复杂的计算找到最佳的参数集，包括波导几何尺寸、载流子掺杂浓度和p-n结位置等。目前硅中自由载流子与复合折射率之间的关系仅靠经验摸索。

　　Lim解释说：“对于这类研究工作必须进行电学和光学两种类型的仿真，采用两种不同类型的软件先仿真电学特性再仿真光学特性。这就造成了时间和资源的严重浪费。我们研究的代码能够在一个平台上仿真电学和光学性能，且数据保真度不会损失。”

图 该团队以耗尽型硅调制器为例研究的载流子浓度与光强度相互作用可视化图

　　Lim表示，通过他们的代码仿真和优化，能够设计出性能最优的硅调制器，这将有助于开发低损耗、高速的光数据传输系统。

　　参考文献

　　Ching Eng Png, Min Jie Sun, Soon Thor Lim, Thomas Y. L. Ang, Kensuke Ogawa. Numerical Modeling and Analysis for High-Efficiency Carrier-Depletion Silicon Rib-Waveguide Phase Shifters. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2016; 22 (6): 99 DOI:10.1109/JSTQE.2016.2564648