本发明涉及一种集成微环协助马赫曾德尔调制器及其工作方法，属于电光调制器。
背景技术：
1、在今天的光通信系统中，电光调制器是不可缺少的组成部分，其负责将电信号调制到光载波，其性能优劣影响了整体光通信系统的传输性能。其基本原理是利用外界电场输入所导致的折射率变化来实现电光调制。目前业界所常见是基于片上绝缘体硅(siliconinsulation on chip，soi)与磷酸锂材料的电光调制器。由于硅本身没有一阶电光效应，而二阶电光效应与载流子色散效应的作用相当，所以目前基于硅基的调制器都是利用载流子浓度变化来导致折射率变化来实现调制效果。磷酸锂则是拥有极强的电光效应。
2、具备高消光比(extinction ratio，er)和高光调制振幅(optical modulationamplitude,oma)优点的电光调制器(electro-optic(eo)modulators，eo modulator)在短距离光互连中是非常理想。oma＝p1-p0；消光比，是指调制后全“1”码时的光功率p1与全“0”码时发射的光功率p0之比。oma表示光信号经过调制后高电平和低电平时光功率之差。高消光比，意味着接收端的抗噪声能力越强。高oma意味着较低的功率损失，这对高速光子链路的整体能量效率至关重要。而目前相干光通信系统中最常用的调制器是马赫曾德尔调制器(mach–zehnder modulator，mzm)和微环调制器(micro-ring modulator，mrm)。同时与soi平台相兼容的电光调制器都是利用了硅的载流子色散效应。
3、中国专利文献cn113552735a公开了一种基于双层传输线结构的硅基电光调制器行波电极及其制备方法。行波电极包括从下至上依次设置的衬底、二氧化硅层、掺杂硅层、第一覆盖层、第一金属层、第二覆盖层和第二金属层。行波电极两侧还设置有贯穿衬底、二氧化硅层、掺杂硅层、第一覆盖层、第一金属层、第二覆盖层和第二金属层的窗口结构。该专利文献是利用载流子耗尽型，通过外部输入电压导致pn结点的载流子浓度发生变化，最终导致波导的有效折射率发生变化。
4、中国专利文献cn115793293a公开了一种微环调制器。微环调制器包括：耦合波导，包括：依次连接的第一部分、第二部分和第三部分；其中，第一部分和所述第三部分用于传输光信号；第二部分用于对第一部分接收的光信号进行调制；环形波导，位于耦合波导的一侧，且与耦合波导间隔；其中，环形波导的热光系数小于或等于耦合波导的热光系数。该专利文献同样是基于载流子色散效应，然后通过微环的谐振结构来放大相位调制的效果。
5、综上，现有结构的不足包括：mzm通常需要一个长的移相器或大的射频电压摆动来实现高调制效率。这意味较大的插入损耗与能量的非高效使用。除了结构与材料的固有缺陷，mzm本身所具备的非线性效应、相对低的er也是其自身的弱点。然而，mrm的洛伦兹形功率透射谱并不适用于线性调制。此外，mrm本身的高质量因子也不利于高速调制，所以微环调制器需要er和调制带宽之间的权衡。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种集成微环协助马赫曾德尔调制器；
2、本发明还提供了上述集成微环协助马赫曾德尔调制器的工作方法。
3、术语解释：
4、集成微环协助马赫曾德尔调制器，ramzm，ring assisted mach–zehndermodulator。
5、本发明的技术方案为：
6、一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，包括：两个多模干涉仪(multimodeinterference,mmi)、两个微环调制器；两个多模干涉仪包括第一多模干涉仪、第二多模干涉仪；两个微环调制器包括第一微环调制器、第二微环调制器；
7、第一多模干涉仪分别连接第一微环调制器、第二微环调制器，第一微环调制器、第二微环调制器均连接第二多模干涉仪；
8、当光场进入第一多模干涉仪分为两束信号光，两束信号光分别进入第一微环调制器与第二微环调制器；
9、微环调制器中，一部分的光场通过直波导直通输出，另外一部分的光场通过耦合进入环形波导；外界调制电压去输入，导致微环调制器中的pn结的折射率发生变化，微环调制器内的光场的相位发生变化，完成电信号对光信号的调制；
10、第二多模干涉仪将第一微环调制器、第二微环调制器输出的光场重新耦合，同时使得第一微环调制器、第二微环调制器输出的光场发生相长干涉，进一步放大调制效果。
11、根据本发明优选的，第一微环调制器、第二微环调制器的输入电压直流偏置相同，射频增益相反。
12、根据本发明优选的，微环调制器包括pn结点；pn结点包括p区和n区；与电极相连接的n区重掺杂、p区重度掺杂浓度取值包括：5*1018/cm-3、7*1018/cm-3、1*1019/cm-3、3*1019/cm-3、5*1019/cm-3、7*1019/cm-3。
13、进一步优选的，与电极相连接的n区重掺杂、p区重度掺杂浓度为1*1019/cm-3。
14、根据本发明优选的，pn结点为非对称的pn结点，脊波导中心区域的p区的掺杂浓度包括：3*1016/cm-3、5*1016/cm-3、7*1016/cm-3、1*1017/cm-3；脊波导中心区域的n区的掺杂浓度包括：1*1017/cm-3、3*1017/cm-3、5*1017/cm-3、7*1017/cm-3。
15、进一步优选的，脊波导中心区域的p区的掺杂浓度为5*1016/cm-3；脊波导中心区域的n区的掺杂浓度为3*1017/cm-3。
16、根据本发明优选的，非对称的pn结点中，pn结向n区偏移80nm、85nm、90nm、95nm或100nm，同时，p区相比于n区偏离80-100nm。
17、进一步优选的，pn结向n区偏移100nm。
18、根据本发明优选的，马赫曾德尔干涉仪是非等臂，马赫曾德尔干涉仪的上臂和下臂的长度差存在的相位差。
19、根据本发明优选的，集成微环协助马赫曾德尔调制器中，传输系数与光调制振幅oma分别为式(1)与式(2)所示：
20、
21、
22、
23、式(1)与式(2)中，σ是微环的直通效率，γ＝α+jβ是复传播常数，是调制器的输出光场，ein(t)是调制器的输入光场，t表示时间，α表示损耗系数，β表示相移常数，表示输出光场相比于输入光场的相位变化量，l是环形波导的总长度，△β是由于外部电压输入所导致的传播常数的变化量。
24、上述微环协助马赫曾德尔调制器的工作方法，包括：
25、光场ein经过第一多模干涉仪后，分为上、下两束光；
26、两束光分别进入两个微环调制器完成电信号对光信号的调制；对于微环调制器，一部分的光场通过直波导直通输出，另外一部分通过耦合进入环形波导；外界调制电压的输入，导致pn结的载流子浓度发生变化，载流子浓度的变化导致脊波导的折射率发生变化，最终导致微环调制器内的光场的相位发生变化，完成电信号对光信号的调制；第一微环调制器与第二微环调制器输入的是幅值相反的电信号；
27、马赫曾德尔干涉仪上、下臂长的不均等，使得第一微环调制器的输出光场相对于第二微环调制器的输出光场相位领先90°，再加上第一微环调制器与第二微环调制器的调制电压相反，使得上下两臂的光场在第二多模干涉仪处发生相长干涉。
28、本发明的有益效果为：
29、1、在结构上：整个调制器利用微环的谐振效果，提高了整个调制器的oma，又通过马赫曾德尔干涉仪的结构避免了微环所带来的洛伦兹曲线不适用于线性调制的缺点，最终使得本发明的ramzm兼具高oma、传输曲线高线性度等优点。
30、2、在电极结构上，采用了行波电极，有利于提高电光调制效率。
31、3、工艺上：本发明利用了载流子的色散效应，pn结类型为载流子耗尽型，有利于高速调制。
1.一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，其特征在于，包括：两个多模干涉仪、两个微环调制器；两个多模干涉仪包括第一多模干涉仪、第二多模干涉仪；两个微环调制器包括第一微环调制器、第二微环调制器；
2.根据权利要求1所述的一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，其特征在于，第一微环调制器、第二微环调制器的输入电压直流偏置相同，射频增益相反。
3.根据权利要求1所述的一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，其特征在于，微环调制器包括pn结点；pn结点包括p区和n区；与电极相连接的n区重掺杂、p区重度掺杂浓度取值包括：5*1018/cm-3、7*1018/cm-3、1*1019/cm-3、3*1019/cm-3、5*1019/cm-3、7*1019/cm-3。
4.根据权利要求3所述的一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，其特征在于，与电极相连接的n区重掺杂、p区重度掺杂浓度为1*1019/cm-3。
5.根据权利要求3所述的一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，其特征在于，pn结点为非对称的pn结点，脊波导中心区域的p区的掺杂浓度包括：3*1016/cm-3、5*1016/cm-3、7*1016/cm-3、1*1017/cm-3；脊波导中心区域的n区的掺杂浓度包括：1*1017/cm-3、3*1017/cm-3、5*1017/cm-3、7*1017/cm-3。
6.根据权利要求3所述的一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，其特征在于，脊波导中心区域的p区的掺杂浓度为5*1016/cm-3；脊波导中心区域的n区的掺杂浓度为3*1017/cm-3。
7.根据权利要求3所述的一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，其特征在于，非对称的pn结点中，pn结向n区偏移80nm、85nm、90nm、95nm或100nm，同时，p区相比于n区偏离80-100nm；
8.根据权利要求1所述的一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，其特征在于，马赫曾德尔调制器是非等臂，马赫曾德尔干涉仪的上臂和下臂的长度差存在的相位差。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种集成微环协助马赫曾德尔调制器，其特征在于，马赫曾德尔调制器中，传输系数htbar与高光调制振幅oma分别为式(1)与式(2)所示：
10.权利要求1-9任一所述的上述集成微环协助马赫曾德尔调制器的工作方法，其特征在于，包括：
