(4-3)
式中，R为电源电阻 。提高装置的响应速度最简单的方法就是减小电容。
4．5 插入损耗特性
对于所有的EAM来说，插入损耗的重要来源就是物质在透射光功率最大时的 剩余吸收损耗。这种损耗或是由于量子阱自身的带尾现象产生的，或是由于涂层 中自由载流子的吸收而产生的。
插入损耗可以表示为： （4-4）
产生插入损耗的原因有很多，在实际的调制系统中，考虑到调制器效率的问 题，通过各种技术减小插入损耗是相当必要的。而选取适当的工作波长通常是解 决插入损耗最小化和消光比最大化的一个折中的办法。
4．6 啁瞅特性
啁啾是限制系统性能的主要因素。在电吸收调制器中，外加电场的作用使得 吸收系数发生改变，材料结构中吸收系数的任何改变都会引起相位的改变，这种 现象在强度调制中就引起了啁啾，啁啾会使在光纤中传输的光脉冲由于色散效应 而发生展宽。因此，强度调制总是伴随着相位调制并产生相应的频率啁啾。
啁啾的大小定义为折射率实部的变化量与虚部变化量的比值(即折射率的变 化与消光系数变化的比值)，用符号 表示。
这里，我所讨论的只是电吸收调制器领域最基础的部分，通过了解电吸收调 制器的工作原理、理论模型、工作特性以及在实际领域的应用，虽然没有专业性 的研究，但是通过参考不同的文献，对于调制器的概念已经了然于心。
2．2 量子约束Stark效应-(QCSE)效应
在半导体量子阱材料中，当法向电场施加于量子阱层时，电子和空穴的能级 发生偏移，导带底能级与价带顶能级之间的能量差变小，同时电子和空穴在外电 场的作用下分别向相反的方向移动使得激子能量降低，造成激子吸收的Stark移 位，这种存在于半导体量子阱材料中的电吸收效应被称作量子限制Stark效应 (QCSE)[6-10]。
5.1 基于 EAM超短脉冲产生技术的应用
EAM 通过采用多量子阱(MQW)结构和应变补偿技术，可获得高速、高调制深 度、低啁啾和低驱动电压的 EAM，而且它易于与 DFB 半导体激光器集成，从而 降低耦合损耗，形成紧凑、稳定的集成光源模块，成为高速率、长距离光纤传输 系统中最有前途的光源之一。
5.2 基于 EAM 波长变换技术的应用
本模型假设EAM仅对信号光的吸收才导致载流子变化，忽略EAM 中散射和辐 射带来的损耗，且EAM 两端的输入输出损耗假设相等。另外，载流子渡越时间τ =τ (V,N)，是电压V 和载流子数N 的函数，具体数值可通过实验进行测定，一般 当电压固定时，可近似为常数。
四、工作特性分析
电吸收调制器具有五个重要的特性参数：吸收特性、消光(on／off ratio) 特性、偏压特性、插入损耗特性以及啁啾特性[4]。
4．1 吸收特性
电吸收调制器EAM材料的吸收特性可以用光吸收系数来表征。
(4-1)
光吸收系数是外加电压、入射光子能量的函数，同时又是与波长相关的函数。
4．2 消光特性
电吸收调制器的消光特性体现在材料的消光比(Extinction Ratio，ER)，由
于对入射波长十分敏感，在不同波长下的消光比不同。其定义为光调制器在通断
2．1 -Keldysh效应
Franz--Keldysh效应是指在电场作用下半导体材料的吸收边红移。在外电场 的作用下，能量小于禁带宽度的光子也可以被半导体吸收。
图2．1块状半导体材料p-i-n结构在外电场作用下的能带图
Franz-Keldysh效应基于在外电场作用下块状半导体材料对入射光吸收过程 中的电子跃迁隧道效应，如图2．1所示，同时受电子-空穴之间库仑作用的影响 伴随着激子共振效应[5,6]。随着外加电场的增大，块状半导体材料I中的激子很快 被离子化，使得材料光吸收谱中与之相对应的吸收峰随着外电场增大而很快消失， 这限制了应用Franz-Keldysh效应的半导体电吸收调制器的性能[11]。
随着通信技术的发展，对电吸收调制器的研究也不断深入。从最初由于吸收 效率低、所需驱动电压高等缺陷在应用上受到了限制的体材料电吸收调制器。到 20世纪90年代的量子阱半导体电吸收调制器，吸收效应提高了将近50倍。21世纪， 波分分复用(WDM)技术及光时分复用(OTDM)技术迅猛发展。半导体电吸收调制器 (EAM)以其体积小、结构紧凑、利于集成、良好的光开关特性、低噪声及高非线 性吸收率等多种独特优点，成为符合网络全光化发展方向的高性能光子器件。
论述半导体电吸收调制器的原理、材料选择及其应用
一、引言
随着光纤通信技术和现代光子技术的不断发展，在现代光通信传输系统中， 采用传统的激光器[1]进行直接调制已经不能满足光纤能够提供更高的传输速率 和更大的传输容量的需要，主要归因于其会引起很大的相对强度噪声以及波形的 失真[2]，严重限制激光器在高频率下(>20 GHz)的直接调制，而且激光器直接调 制所引起的较大的波长啁啾也会影响光纤通信系统的传输速率和传输容量，由于 这些限制的存在，现如今，外腔调制成为目前光纤通信系统中主要的调制方式。
六、总结
本文通过分析论述半导体电吸收调制器的原理、材料选择及其应用，对半导 体电吸收调制器有了更深层次的认识。
电吸收调制器是学习信息光电子技术的一个重要的部分，目前，对于电吸收 调制器的研究已经达到成熟，在光通信领域与网络信息技术方面已经得到了实际 应用，但是任何一种东西都不是完美的，所以，对半导体电吸收调制器继续深入 的了解还是很有必要的。
状态时的输出光强度比(入射光强度pm与透射光强度pout的比值)。 表达式：
[on／off]=-10
（4-2）
消光比是强度型调制器最重要的参数，对于一个实际应用的系统来说，所需
的消光比大约在15-20 dB。而在实际的调制系统中，通常要以很小的调制电压实
现较大的消光比。在外加电场强度相同时，入射光的波长越小，消光比越大，消
光效率越大(但同时插入损耗也相应的增加)。对于同一波长，当电场强度增加时，
由于有多个吸收峰依次共同通过工作波长，消光比先达到极大值后又减小。
4．3 偏压特性
EAM是一种p-i-n 型半导体器件，这种结构使得当有更大的电场加到量子阱 上时却能产生很小的漏电流(会导致器件的发热等效应)。p-i-n结构中的i层由多 量子阱(MQW)波导构成，并且i层对光的吸收与损耗与外加偏压有关。
基于 EAM 波长变换技术该技术具有以下几方面优点：(1)由于基于 EAM 的波 长变换只需对 EAM 进行偏置电压控制，操作简单；(2)EAM 具有偏振不灵敏性， 使得基于 EAM 的波长变换也为偏振不灵敏的，就可消除光脉冲长距离传输中由 非线性色散效应产生的形变，而且缓解了频率啁啾。所以，这种波长变换技术受 到了人们的广泛关注。目前，基于 EAM 的波长变换技术在上、下行链路的转换 中已得到广泛的应用。
（4-5）
其中下脚标表示“线宽增强因子”，
和
别代表在电场作用下
折射率的实部和虚部的变化， 为消光系数(即虚部)的变化。
五、在光信息技术中应用
随着现代光子技术的发展，对当前的光纤通信网提出了更高的要求。一方 面，通信链路需具有足够大的传输容量和进一步扩容的能力；另一方面，网络节 点要能够灵活地对高速数据进行处理。近年来全球很多实验室在研究利用 EAM 强非线性，用于实现超短脉冲、波长变换、时钟提取等全光信息处理[3]。
通过改变调制器上的偏压，使得多量子阱(MQW)的吸收边界波长发生改变， 进而改变光束的通断状态，从而实现对光的调制。
4．4 响应速度
对于电吸收调制器来说，响应速度是一个必须要考虑的关键参数。 电吸收调制器的响应速度可以从时域和频域两方面来检测。在时域测量中， 给调制器加入一个随着时间微小上升或下降的电脉冲，就会观察到产生的光脉冲； 在频域测量中，装置以正弦形式驱动，信号在传输过程中的振幅以±10％变化。 光信号的调制振幅通过正弦驱动得到的扫频信号来监测，并且调制信号功率的电 检测频率以2为因子降低，用V3-dB表示：
如今，电吸收调制器的应用领域逐步扩大，不仅可以与半导体激光器集成形 成高速稳定的光源模块，在高速波分复用(WDM)技术及光时分复用(OTDM)得到了 广泛的应用，基于电吸收调制器波长转换及时钟提取、信号再生等技术也已实现。
二、工作原理与物理机理
电吸收调制器（EAM）是利用半导体中激子吸收效应制作而成光信号调制器 件。它是一种损耗调制器，利用Franz--Keldysh效应和量子约束Stark效应，工 作在调制器材料吸收边界波长处[4]。
图 3-1 电吸收调制器(EAM)的横截面示意图，
3．1 等效电路模型
图3-2 电吸收调制器的射频等效电路
电吸收调制器的等效电路如图3-2示，在这个模型中，调制器的光电流被等 效为一条电流路，这条电流路由一个等效电阻RJ=(dI0/dVJ)-1表示，I0表示光生电 流，VJ表示结的直流电压；RS为电吸收调制器的串联电阻(包括掺杂半导体层的体 电阻和欧姆接触电阻)；CJ为结电容，CP为压焊点的寄生电容；Rcon和LM分别为压焊 金丝的电阻和电感。图中虚线框内的部分就是电吸收调制器的本征部分。电吸收 调制器的频率响应定义为输出光强中 频率分量幅值与输入电压 频率分量幅值 的比值，而输出光强与结电压成比例关系，因此电吸收调制器的本征响应定义为 CJ两端的电压 频率幅值与CP两端的电压 频率幅值之比[12]。
三、理论分析模型
EAM 的基本结构是一个 PIN 结构，它的调制区是一个 PIN InGaAs／InAIAs 波导[12]。其中 N 区部分是交替生长的多层结构，相当于光学增反膜堆。每层的折 射率和厚度根据中心波长按光学增反膜堆设计，依靠应变超晶格结构实现与衬底 间的晶格匹配。I 区部分为多量子阱（MQW）结构。如图 3-1 所示。
5.3 基于 EAM 时钟提取技术的应用
电吸收调制器具有稳定性好、体积小、能够产生足够小的开关窗口、偏振不 敏感(小于 1dB)特性，有利于在实际中应用和进行超高速的 OTDM 信号的时钟 提取，因此可以利用 EAM 作为光开关构成一个锁相环实现提取时钟，EAM 在提 取时钟的环路中也可以说是起到光电鉴相器的作用。