演示了一个硅PAM4光学马赫曾德尔调制器，它由两个具有相同峰峰值电压的二进制电信号驱动。使用该设备，可以呈现90 Gbps的PAM4眼图。(ACP)
第2节 设计与制作
硅PAM4光学Mach-Zehnder调制器的结构如图1(a)所示。一个臂的共面波导(CPW)电极长度是调制器另一臂的两倍。
MZ调制与PAM信号生成的原理，见下面链接：
MZM调制与高阶PAM生成
将两个二进制电信号(具有相同的峰峰值电压V0的信号1和信号2)施加到调制器的两个臂上。调制之后，可以实现PAM4光信号。两个热移相器用于补偿调制器两个臂之间的相位差。
图1.-(a)硅PAM4光学Mach-Zehnder调制器的结构，(b)PN结的横截面，(c)器件的俯视显微图。
PN结的横截面如图1(b)所示。通过深度为150nm的硅蚀刻形成的脊形波导的宽度为400nm，高度为220nm。p掺杂区和n掺杂区的浓度为1 ×10^18/cm^3和8 ×10^17/cm^3，而重p掺杂和n掺杂浓度均为5.5 ×10^20/cm^3。图1(c)是调制器的显微照片，调制器是在8英寸绝缘体上硅(SOI)晶圆上制造的，顶部硅层厚度为220nm，2μm-新加坡IME(现为AMF)的厚二氧化氮埋层。调制器的CPW电极长度为1mm和0.5mm。在电极的末端，集成了终端电阻(33Ω)以吸收电信号。
第3节 实验结果
图2是用于表征调制器眼图的实验装置。具有固定波长的单色光通过锥形单模光纤耦合到设备中。多通道脉冲模式生成器(SHF 12104A)生成两个伪随机二进制序列(PRBS)，然后由一对具有65 GHz输出电放大器进行放大。Vpp电压为3.4V。使用偏置三通分别将两个2 V的DC偏置电压施加到两个电信号。67 GHz GSGSG探头用于将驱动电信号传递到设备。调制后的光通过掺fiber光纤放大器(EDFA)进行放大，并通过具有1 nm通带的可调谐光学滤波器进行滤波。眼图由65 GHz数字通信分析仪(Agilent 86100D)分析。
图2.-设备的实验设置(ASE：放大的自发发射; LD：激光二极管; PC：偏振控制器;DUT：被测设备; PPG：脉冲模式发生器; AMP：放大器; OSA：光谱分析仪; EDFA ：掺er光纤放大器；DCA：数字通信分析仪)。
图3.-对于(a)32 Gbaud(64 Gbps)，(b)40 Gbaud(80 Gbps)和(c)45 Gbaud(90 Gbps)的调制速率，设备在1550 nm处的PAM4眼图。
图4.-设备在(a)1530 nm，(b)1540 nm，(c)1550 nm和(d)1560 nm处的40 Gbaud(80Gbps)PAM4眼图。
在图3(a)-3(d)中显示了在1550 nm工作波长下具有不同调制速率的PAM4光信号的眼图。调制速率为32 Gbaud，40 Gbaud和45 Gbaud。对于所有测量，通过热移相器将调制器设置在正交点。还测量了在不同工作波长下调制器的PAM4眼图，如图4(a)-4(d)所示。在40 Gbaud的调制速率下，工作波长为1530 nm，1540 nm，1550nm和1560 nm。结果表明，该PAM4光调制器适用于C波段中的数据传输。
第4节 结论
总之，已经演示了具有不同电极长度的硅PAM4光学调制器，可生成由两个具有相同峰峰值电压的不相关二进制电信号驱动的PAM4光信号。测量了64 Gbps，80Gbps和90 Gbps调制速率下的PAM4眼图。还测量了C波段不同工作波长下的眼图，这意味着该设备适用于波分复用(WDM)应用。
