文献综述（或调研报告）：
高速光电子器件频域特性的表征对光通信系统和微波光子系统的构建与评价有重要的研究意义[1]。电光强度调制器、电光相位调制器和光电探测器是光通信系统和微波光子系统中的核心光电子器件[2-5]。其中，电光强度调制器包括电光马赫-曾德尔（Mach-Zehnder，MZ）调制器和电吸收调制器，前者最为典型，并衍生出单驱、双驱、双平行等多种结构；电光相位调制器用于实现光相位调制，具有无需偏置和线性调制的优点；光电探测器是将光信号转换为电信号时必不可少的光电转换器件。高速调制器和光探测器是光通信系统和微波光子学链路中的基本元件。对于宽带应用，特别是在微波领域，高速调制器和光探测器的频率响应对于精确的光电或光电信号转换至关重要[6]。上述光电子器件都具有各自特有的频域特性参数，这些光电子器件的频域特性参数大致可以分为相对频响参数和绝对频响参数。其中，相对频响参数主要为光电子器件频率响应的归一化值，是评价光电子器件工作带宽的指标参数；绝对频响参数主要包括调制系数、半波电压、啁啾参数和响应度。调制系数反应了电光调制器的调制深度并与半波电压有关，而半波电压指电光调制器在不同频率下要达到相移时所需要的驱动电压幅度，半波电压作为电光调制器的本征参数是决定电光调制器调制带宽的关键参数。啁啾参数表示了电光调制中幅度调制与伴生相位调制之间的关系。响应度反应了不同调制频率的光信号转换成电信号的效率。值得注意的是绝对频响参数包含了相对频响参数的信息，例如已知电光调制器的半波电压可以求出其相对频率响应，而相对频率响应无法反应出半波电压。上面简述的频域特性参数反应了光电子器件频响特性，因此为实现光电子器件全面表征需要对这些频域特性参数进行测量。
当前对于光电子器件频域特性的测试方法主要分为光谱分析法、电谱分析法和光外差分析法。其中，光谱分析法采用光谱仪在光域直接观察光信号的光场谱，电谱分析法利用电谱仪或微波网络分析仪在电域观测出光信号的光强谱，即光场包络的频谱，波谱分析法通过分析不同调制侧带在光谱中的比值，广泛应用于测量马赫-增德尔调制器的微波调制参数[7]。光外差分析法在电域中分析光信号与本振光的外差谱，光谱分析法借助光谱仪对光谱边带进行测试，电谱法借助电谱仪或微波网络分析仪对电谱边带进行测试，光外差分析法借助电谱分析仪对外差谱进行测试，进而分别可获得待测光电子器件的频域特性参数。除了常见的几种测试方法，研究者一直在寻找更加优化的测试方案[8-11]。
高速电光调制器是片上光互联和高性能计算机系统的核心器件。目前应用较多的电光调制器主要有硅基电光调制器和Ⅲ-Ⅴ族半导体电光调制器两种。硅基材料的光电特性较弱，所以为获得较高的调制速率，绝大部分报道均采用等离子色散效应，Ⅲ-Ⅴ族材料系以InP基衬底为代表，因是直接带隙材料而具有制备光源的能力，使得InP基集成光子学成为极具发展潜力的光互连技术[12]。光电集成调制器是未来400G光通信发射机的核心器件。它一般包含电光调制器和驱动电路两部分，拥有结构极凑，易于与服务器板卡集成的显著优势。光电子集成是高速半导体光电子器件技术发展的必然趋势，这其中又以光电集成的硅基调制器模块发展最为迅速。光电集成的硅基调制器具有体积小，功耗低的优点，其常见的集成方案分为芯片级集成[13]和电路板级集成[14]。 芯片级集成是指驱动电路芯片与光调制器芯片制作在同一封装内；电路板级集成是指光调制器芯片通过引线键合方式与驱动电路板连接，构成一个整体的模块。两种方式相比，芯片级的集成化程度最高，但设计复杂，工艺难度较大，电路板级与之相反。硅基材料由于其成本低、性能突出，且制作工艺与现有的CMOS相兼容的特点，越来越广泛地应用于光通信、光交换和集成电路领域中，为研制出可与微电子器件相集成的高速光调制器提供了机遇[15]。
高速通信系统要求光调制器具有足够的调制带宽、低驱动电压和高饱和功率，此外，高消光比、低啁啾、低插入损耗和低偏振相关性也是其重要因素。作为一种具有可靠性调制器，LiNbO3-MZ调制器可以生成高速、低啁啾的传输信号，而且特性与波长没有关系，LiNbO3-MZ调制器是目前得到广泛应用的高可靠外调制器，已经应用于40G/100G信道速率的波分复用（WDM）传输系统。由于LiNbO3-MZ调制器是在LiNbO3晶片上制作MZ光波导和TW调制电极而构成的，因此，在设计高速系统时，需要考虑驱动电压、光电信号速度匹配、性阻抗、电信号的衰减常数、调制带宽、波长啁啾量和插入损耗等各种因素。
就目前而言，高速光发射模块中调制器技术国外技术暂领先，专利申请数目从整体来看呈明显的上升趋势，且增长态势平稳。此外，从高速光发射模块中调制器技术领域提交专利申请的专利原创国分布来看，美国和日本依然是该领域主要的领先者加强创新谋发展高速光发射模块中调制器作为下一代高速传输技术，业界从开始研发至今采用，仅用不到 10年时间。纵观整个光器件发展历程，可以窥测到光调制器的发展方向：集成化（兼容化）、高速化、微型化发展。随着光传输系统和网络复杂性的继续发展，势必要求更加高速稳定的光调制器，实现微波信号的高线性、低失真、远距离光纤传输，同时新型的光调制器及封装必然是满足以上条件并在此基础上不断改进。因此，我们要善于抓住机遇，不断加大投入，提高技术，在未来超高速光通信系统中发挥越来越大的作用[16]。
参考文献：
[1] 王恒. 基于自外差的高速光电子器件频域特性表征技术研究[D].电子科技大学,2018.
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