若您对半导体/芯片/光器件模块/光纤通信等感兴趣
欢迎关注我们！
在调制器里，我们想让光的强度变化，基本思路是靠两束光干涉——干涉加强了就是“1”，干涉减弱了就是“0”。
要产生干涉，本质上得让两束光之间有个相位差。
相位差是怎么来的呢？它来自于光程差。光程差其实就是“折射率 × 长度”这个乘积。
所以，要改变光程差，要么改变材料的折射率，要么直接改变光走的物理长度。
我们拿马赫-曾德尔调制器来说，下面这种就是通过直接改变物理长度 ΔL 来实现调制的。
而另一种常见的思路，是用电信号去控制材料的折射率变化 Δn。这里可以只调一个臂，也可以两个臂一起调、但方向相反，这就是差分驱动，也叫推挽式调制，效率更高。
参考：
这么一看，靠改变折射率（Δn）的电光调制器，理论上确实可以做得比纯靠改变长度（ΔL）的器件更紧凑。
但是问题来了，无论是硅里的等离子体色散效应，还是铌酸锂的电光效应，它们能引起的单位长度折射率变化 Δn 都非常微小。
为了达到“开”和“关”的状态，我们需要累积出 π 的相位差。根据公式，当 Δn 很小时，调制区的长度 L 就必须足够大才能攒够这个相位差。
类似地，在微环调制器里，我们也可以通过改变波导的有效折射率neff或环的半径 R 来移动谐振条件，从而实现光强调制。
但当应用场景对尺寸要求极其苛刻，比如在光模块的发射端，上面这类依靠折射率缓慢累积相位的器件，尺寸就很难再做小了。这时候，基于锗硅材料的电吸收调制器就成了一个很有吸引力的方案。
那为什么电吸收调制器能做得更小呢？根本上说，它是直接调制光的强度，不像 MZM 那样需要先调相位、再用干涉结构转换。它没有额外的干涉臂，结构简单。
以 EML调制器为例（EML=DFB+EAM），它的调制部分，核心是利用 Franz-Keldysh 效应：加上电场后，材料的能带发生倾斜，相当于有效带隙变小了。
这样一来，原本能量略低于带隙、本该透过去的光子，现在被吸收的几率就大大增加，表现为吸收系数 α 的剧烈变化。
对于一个理想的光开关，我们当然希望“开”的时候光几乎全透过去（吸收系数 α 很低），“关”的时候光被高效吸收（吸收系数 α 很高）。
为了让我们最常用的 C 波段（1550nm附近）也能高效工作，就需要对材料进行“裁剪”。
一个主要方法就是掺入一定比例的硅，形成锗硅合金。硅的引入可以增大材料的带隙，从而把整个吸收边往短波方向挪，调节到 C 波段。
实际工作时，我们通过改变偏置电压来改变吸收系数。
对应到器件状态上，可能就是 0V 时吸收低（光通过，为“开”），-2V 时吸收高（光被阻挡，为“关”）。
正因为这种直接吸收调制的机制，锗硅电吸收调制器不需要很长的作用距离，尺寸可以做得非常小，核心区域长度只需几十微米，非常适合高密度集成。
不过，这里要区分一下调制器和探测器的不同需求，探测器的需求正好反过来。
我们希望探测器在目标波段吸收越高越好、越平稳越好。纯锗探测器在长波长那边响应会掉下来，所以行业里会用引入应力层这类技术，做出能覆盖 C 和 L 两个波段的宽带高速探测器。
如何实现，具体可以参考华为：带应力层的 C+L 波段 100G 带宽锗硅光探测器
感谢阅读！
可添加微信OFC2025，邀请加入半导体&光器件产业链 2 群
欢迎您加入我们的社群，获取大量半导体芯片/光器件/光模块领域的高价值技术文档、趋势研报！
