L'une des propriétés les plus importantes d'un modulateur optique est sa vitesse de modulation ou sa bande passante, qui devrait être au moins aussi rapide que l'électronique disponible. Les transistors ayant des fréquences de transit bien supérieurs à 100 GHz ont déjà été démontrés dans la technologie de silicium à 90 nm, et la vitesse augmentera encore à mesure que la taille minimale de la caractéristique est réduite [1]. Cependant, la bande passante des modulateurs à base de silicium actuelle est limitée. Le silicium ne possède pas de χ (2) -Nonlinéarité en raison de sa structure cristalline centro-symétrique. L'utilisation du silicium tendu a déjà conduit à des résultats intéressants [2], mais les non-linéarités ne permettent pas encore des dispositifs pratiques. Les modulateurs photoniques de silicium de pointe s'appuient donc toujours sur la dispersion des porteurs libres dans les jonctions PN ou PIN [3–5]. Il a été démontré que les jonctions biaisées avant présentent un produit de longueur de tension aussi faible que Vπl = 0,36 V mm, mais la vitesse de modulation est limitée par la dynamique des transporteurs minoritaires. Pourtant, des débits de données de 10 Gbit / s ont été générés à l'aide d'une préishasie du signal électrique [4]. En utilisant à la place des jonctions biaisées inverses, la bande passante a été augmentée à environ 30 GHz [5,6], mais le produit de la longueur de voltage est passé à Vπl = 40 V mm. Malheureusement, ces modulateurs de phase d'effet plasma produisent également une modulation d'intensité indésirable [7], et ils répondent non linéairement à la tension appliquée. Les formats de modulation avancés comme QAM nécessitent, cependant, une réponse linéaire et une modulation de phase pure, ce qui rend l'exploitation de l'effet électro-optique (effet des poches [8]) particulièrement souhaitable.
2. Approche SOH
Récemment, l'approche hybride en silicium-organique (SOH) a été suggérée [9–12]. Un exemple de modulateur SOH est illustré sur la figure 1 (a). Il se compose d'un guide d'onde de fente guidant le champ optique et de deux bandes de silicium qui relient électriquement le guide d'onde optique aux électrodes métalliques. Les électrodes sont situées à l'extérieur du champ modal optique pour éviter les pertes optiques [13], Fig. 1 (b). L'appareil est recouvert d'un matériau organique électro-optique qui remplit uniformément la fente. La tension de modulation est transportée par le guide d'onde électrique métallique et tombe sur la fente grâce aux bandes conductrices de silicium. Le champ électrique résultant modifie ensuite l'indice de réfraction dans la fente par l'effet électro-optique ultra-rapide. Étant donné que la fente a une largeur dans l'ordre de 100 nm, quelques volts sont suffisants pour générer des champs de modulation très forts qui sont de l'ordre de grandeur de la résistance diélectrique de la plupart des matériaux. La structure a une efficacité de modulation élevée car les champs de modulation et d'optique sont concentrés à l'intérieur de la fente, Fig. 1 (b) [14]. En effet, les premières implémentations des modulateurs SOH avec un fonctionnement de sous-volt [11] ont déjà été montrées, et une modulation sinusoïdale jusqu'à 40 GHz a été démontrée [15,16]. Cependant, le défi de la construction de modulateurs SOH à basse tension à grande vitesse est de créer une bande de connexion hautement conductrice. Dans un circuit équivalent, la fente peut être représentée par un condensateur C et les bandes conductrices par les résistances R, Fig. 1 (b). La constante de temps RC correspondante détermine la bande passante de l'appareil [10,14,17,18]. Afin de diminuer la résistance R, il a été suggéré de doper les bandes de silicium [10,14]. Bien que le dopage augmente la conductivité des bandes de silicium (et augmente donc les pertes optiques), on paie une pénalité de perte supplémentaire car la mobilité des électrons est altérée par la diffusion des impuretés [10,14,19]. De plus, les tentatives de fabrication les plus récentes ont montré une conductivité inattendue.
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