0 引言

　　硅基光电子集成技术采用互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺，把光子器件和光电子器件集成在由硅材料作为衬底的芯片上，具有低功耗、高集成度和高可靠度等突出优势，是实现电光调制器与模分复用器小型化、光通信系统集成化的最佳途径[1-2]。

　　电光调制器是光通信系统的核心器件之一，主要包括基于PN结或PIN自由载流子色散效应的硅基电光调制器[3]、硅有机物聚合物电光调制器[4]、基于载波损耗效应的调制器[5]和基于电光效应的银酸锂电光调制器[6]。这些器件的缺点是体积和插入损耗较大。2018年，JAVID M等人[7]提出了基于一维光子晶体纳米梁腔的混合等离子体电光调制器，整个器件尺寸仅为3.6 μm2，虽然比上述电光调制器的体积小，但其插入损耗同样较大，达到了1.14 dB。

    模分复用器作为模分复用系统中的关键器件，主要分为多模干涉型[8]、绝热耦合型[9]、Y结型[10]、非对称定向耦合型[11]、锥形定向耦合型[12]和光栅辅助反向耦合型[13]。2020年，XIE H等人[14]设计了一款基于像素化波导的模分复用器,该器件可以承受一定的制造容差和温度变化，但与前几种模分复用器类似，同样存在插入损耗较大的问题（约为1.5 dB）。

    在光通信系统集成技术研究方面，一些学者做了大量的有益尝试。2016年，KODAMA Y等人[15]设计了一款用于模分复用的铌酸锂集成光调制器，将2个马赫-曾德尔型调制器和模分复用器组成的双模式多路复用调制器集成在单个铌酸锂芯片上，模式串扰小于-20 dB，但消光比高于20 dB，且器件整体尺寸长度约为1500 μm。2018年，DU J B等人[16]设计了带有阵列光栅耦合器的用于空分复用光互连的四通道硅微环调制器，可以将输入光分束后分别进行调制和复用，但消光比为16 dB，插入损耗高达22 dB。同年，WU X R等人[17]设计了一款硅基微环调制和模分复用集成器件，在1551.52 nm波长下实现了三模式的电光调制及模分复用功能，但插入损耗和信道串扰较大，分别为13.2 dB和-24.1 dB。2020年，WANG J Q等人[18]设计了基于石墨烯的电光调制与模分复用集成器件，在1550 nm波长下实现了两模式的调制与复用功能，插入损耗小于0.6 dB，调制电压为8.16 V，但调制器尺寸较大，长度为700 μm。同年，项彤等人[19]设计了一种硅基电光调制模分复用集成器件，该集成器件在1553.91 nm波长下可以实现两模式调制和复用功能，插入损耗为0.46 dB，消光比为19.73 dB，信道串扰仅低于-14.66 dB，但消光比和信道串扰仍需改进。

　　针对上述光电调制器的不足，本文提出一种基于光子晶体宽度调制（WM）型谐振腔（下文简称WM腔）和纳米线波导的电光调制与模分复用集成器件，不仅提高了消光比和信道串扰，还能在1550 nm波长下实现TE0模和TE1模的调制与复用功能。

5 结束语

　　本文提出了一种基于光子晶体WM腔和纳米线波导的电光调制与模分复用集成器件，器件由光子晶体WM腔和纳米线波导耦合而成。通过调节光子晶体谐振腔中空气孔半径大小和纳米线波导的宽度，可以分别实现调制和模分复用的功能；在电光调制器的输入端和输出端采用了锥形波导结构来减小光子晶体波导和纳米线波导连接处的耦合损耗，从而提高透射率。该集成器件能够实现工作波长为1550 nm的光波调制和复用，器件功能丰富，插入损耗低，消光比大，调制深度高和信道串扰小，易于集成，可应用于高速大容量光通信系统中。