本论文对InP基量子阱电吸收行波光调制器进行研究。光调制器是光纤通信系统中的关键器件,随着高速通信系统的发展,在过去的近二十年中,Ⅲ-Ⅴ族半导体调制器的研制逐渐从GaAs基拓展过渡到InP基,从薄膜材料到量子阱材料。 本论文主要做了以下工作: 首先对InP基的InGaAsP材料参数应用晶格匹配材料进行了修正,并在论文中应用这些参数进行分析;计算得到InGaAsP量子阱中轻、重空穴激子束缚能分别约为5meV和2.7meV,并就GaAs基和InP基的结果进行了对比,证明所得结果正确。晶格匹配材料光吸收明显偏振相关,在阱和壁引入相反的应变构成应变补偿量子阱,使得轻、重空穴的激子跃迁能随电场变化都比较相近,分析了其吸收曲线,证明采用应变量子阱结构其偏振相关性下降,对1565nm的入射光,TE和TM模的偏振相关度小于2.5dB,调制峰峰电压为3.2V左右。 对电吸收调制器的光波导进行研究,基于一个性能评价函数对光波导多个参数进行分析,以使调制器实现偏振无关操作。在综合考虑消光比和微波特性,确定器件长度在200μm左右;为减小器件电容,采用芯层厚度大于吸收层厚度的方法提高带宽;降低插入损耗方面,发现光纤模场聚焦为2μm后,脊宽减小,耦合效率变化较小。为消除金属电极对不同模式光吸收的影响,选择较大的p包层厚度(1.4μm)。评价函数曲线表明,设计场诱吸收系数变化较大的量子阱材料非常重要。设计得到器件的插入损耗小于10dB,消光比在20dB以上。同时由于吸收层采用了应变补偿量子阱材料,器件在较高的输入光强下才饱和。 采用直线法对器件的微波特性进行了分析。指出共面波导电极比共面微带更适合40GHz以上的高速行波调制器,PIN结构具有比Schottky结构更低的漏电流,本论文中器件采用PIN结构。对于脊形波导上的共面电极的设计,在各层分析加入了描述材料非均匀特性的附加矩阵,并且电极厚度也加以考虑,尽可能在接近真实器件的基础上进行模拟。为了减小模拟机时,首先在较大的范围内模拟50GHz信号下参数对微波特性的影响,接着在较小的范围内进行宽频率范围信号下参数对微波特性的影响,最后在适当的近似下,采用低阻抗匹配模拟了器件的频率响应,得到器件带宽大于70GHz。 最后对电吸收调制器的制作工艺进行了研究,基本解决了器件实验研究方面的问题;制作了Mach-Zehnder调制器并用网络分析仪测试其S参数,得到调制器电极的微波响应在2.5GHz～20GHz波动不超过3dB,并分析讨论了测试结果。在两种调制器研究制作的基础上,对电吸收和Mach-Zehner调制器进行了深入比较,明确指出了二者各自的特点和优缺点。