Abstract

We report on the design and fabrication of GexSi1−x Mach–Zehnder interferometers based on the thermo-optic effect. The modulators exhibit 8 dB of extinction with a π-phase-shift power requirement, Pπ, of 245 mW. The 3-dB bandwidth of these thermo-optic devices is 88 kHz. Finally, we present calculations indicating the effect of various parameters on the modulation of the Mach–Zehnder interferometer.

© 1992 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann, K. Eisele, W. Haydl, J. Schneider, Appl. Phys. Lett. 46, 381 (1985).
    [CrossRef]
  2. N. L. Rowell, J. P. Noel, D. C. Houghton, M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 58, 957 (1991).
    [CrossRef]
  3. B. Schüppert, J. Schmidtchen, K. Petermann, Electron. Lett. 25, 1500 (1989).
    [CrossRef]
  4. R. Soref, F. Namavar, J. P. Lorenzo, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1177, 175 (1986).
  5. R. A. Mayer, K. H. Jung, T. Y. Hsieh, D. L. Kwong, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 58, 2744 (1991).
    [CrossRef]
  6. S. F. Pesarcik, G. V. Treyz, S. S. Iyer, J. M. Halbout, Electron. Lett. 28, 159 (1992).
    [CrossRef]
  7. G. V. Treyz, Electron. Lett. 27, 118 (1991).
    [CrossRef]
  8. H. Temkin, T. P. Pearsall, J. C. Bean, R. A. Logan, S. Luryl, Appl. Phys. Lett. 48, 963 (1986).
    [CrossRef]
  9. T. P. Pearsall, H. Temkin, J. C. Bean, S. Luryi, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 330 (1986).
    [CrossRef]
  10. B. Jalali, A. F. J. Levi, F. Ross, E. A. Fitzgerald, Electron. Lett. 28, 269 (1992).
    [CrossRef]
  11. V. Kesan, P. G. May, E. Bassous, in International Electron Devices Meeting Technical Digest (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1990), p. 637.
  12. T. Tamir, Integrated Optics (Springer-Verlag, New York, 1979).
  13. G. McWright, D. Lafaw, M. Lowry, W. Tindall, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1274, 61 (1990).
  14. T. Tamir, Guided Wave Optoelectronics (Springer-Verlag, New York, 1988).
    [CrossRef]
  15. M. Haruna, J. Koyama, Electron. Lett. 17, 842 (1981).
    [CrossRef]
  16. C. M. Gronet, C. A. King, W. Opyd, J. F. Gibbons, S. D. Wilson, R. Hull, J. Appl. Phys. 61, 2407 (1987).
    [CrossRef]
  17. T. Y. Hsieh, K. H. Jung, D. L. Kwong, S. K. Lee, J. Electrochem. Soc. 138, 1188 (1991).
    [CrossRef]
  18. M. W. Austin, P. C. Kemeny, in European Conference on Integrated Optics '85 (Springer-Verlag, Berlin, 1985), p. 140.
  19. P. M. Rodgers, in Integrated Optics, H. P. Nolting, R. Ulrich, eds. (Springer-Verlag, Berlin, 1985), pp. 117–120.
  20. N. A. Nazarova, G. I. Romandva, A. D. Yas'kov, Sov. J. Opt. Technol. 55, 220 (1988).

1992 (2)

S. F. Pesarcik, G. V. Treyz, S. S. Iyer, J. M. Halbout, Electron. Lett. 28, 159 (1992).
[CrossRef]

B. Jalali, A. F. J. Levi, F. Ross, E. A. Fitzgerald, Electron. Lett. 28, 269 (1992).
[CrossRef]

1991 (4)

T. Y. Hsieh, K. H. Jung, D. L. Kwong, S. K. Lee, J. Electrochem. Soc. 138, 1188 (1991).
[CrossRef]

G. V. Treyz, Electron. Lett. 27, 118 (1991).
[CrossRef]

N. L. Rowell, J. P. Noel, D. C. Houghton, M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 58, 957 (1991).
[CrossRef]

R. A. Mayer, K. H. Jung, T. Y. Hsieh, D. L. Kwong, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 58, 2744 (1991).
[CrossRef]

1990 (1)

G. McWright, D. Lafaw, M. Lowry, W. Tindall, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1274, 61 (1990).

1989 (1)

B. Schüppert, J. Schmidtchen, K. Petermann, Electron. Lett. 25, 1500 (1989).
[CrossRef]

1988 (1)

N. A. Nazarova, G. I. Romandva, A. D. Yas'kov, Sov. J. Opt. Technol. 55, 220 (1988).

1987 (1)

C. M. Gronet, C. A. King, W. Opyd, J. F. Gibbons, S. D. Wilson, R. Hull, J. Appl. Phys. 61, 2407 (1987).
[CrossRef]

1986 (3)

R. Soref, F. Namavar, J. P. Lorenzo, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1177, 175 (1986).

H. Temkin, T. P. Pearsall, J. C. Bean, R. A. Logan, S. Luryl, Appl. Phys. Lett. 48, 963 (1986).
[CrossRef]

T. P. Pearsall, H. Temkin, J. C. Bean, S. Luryi, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 330 (1986).
[CrossRef]

1985 (1)

H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann, K. Eisele, W. Haydl, J. Schneider, Appl. Phys. Lett. 46, 381 (1985).
[CrossRef]

1981 (1)

M. Haruna, J. Koyama, Electron. Lett. 17, 842 (1981).
[CrossRef]

Austin, M. W.

M. W. Austin, P. C. Kemeny, in European Conference on Integrated Optics '85 (Springer-Verlag, Berlin, 1985), p. 140.

Axmann, A.

H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann, K. Eisele, W. Haydl, J. Schneider, Appl. Phys. Lett. 46, 381 (1985).
[CrossRef]

Bassous, E.

V. Kesan, P. G. May, E. Bassous, in International Electron Devices Meeting Technical Digest (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1990), p. 637.

Bean, J. C.

H. Temkin, T. P. Pearsall, J. C. Bean, R. A. Logan, S. Luryl, Appl. Phys. Lett. 48, 963 (1986).
[CrossRef]

T. P. Pearsall, H. Temkin, J. C. Bean, S. Luryi, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 330 (1986).
[CrossRef]

Buchanan, M.

N. L. Rowell, J. P. Noel, D. C. Houghton, M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 58, 957 (1991).
[CrossRef]

Campbell, J. C.

R. A. Mayer, K. H. Jung, T. Y. Hsieh, D. L. Kwong, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 58, 2744 (1991).
[CrossRef]

Eisele, K.

H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann, K. Eisele, W. Haydl, J. Schneider, Appl. Phys. Lett. 46, 381 (1985).
[CrossRef]

Ennen, H.

H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann, K. Eisele, W. Haydl, J. Schneider, Appl. Phys. Lett. 46, 381 (1985).
[CrossRef]

Fitzgerald, E. A.

B. Jalali, A. F. J. Levi, F. Ross, E. A. Fitzgerald, Electron. Lett. 28, 269 (1992).
[CrossRef]

Gibbons, J. F.

C. M. Gronet, C. A. King, W. Opyd, J. F. Gibbons, S. D. Wilson, R. Hull, J. Appl. Phys. 61, 2407 (1987).
[CrossRef]

Gronet, C. M.

C. M. Gronet, C. A. King, W. Opyd, J. F. Gibbons, S. D. Wilson, R. Hull, J. Appl. Phys. 61, 2407 (1987).
[CrossRef]

Halbout, J. M.

S. F. Pesarcik, G. V. Treyz, S. S. Iyer, J. M. Halbout, Electron. Lett. 28, 159 (1992).
[CrossRef]

Haruna, M.

M. Haruna, J. Koyama, Electron. Lett. 17, 842 (1981).
[CrossRef]

Haydl, W.

H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann, K. Eisele, W. Haydl, J. Schneider, Appl. Phys. Lett. 46, 381 (1985).
[CrossRef]

Houghton, D. C.

N. L. Rowell, J. P. Noel, D. C. Houghton, M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 58, 957 (1991).
[CrossRef]

Hsieh, T. Y.

R. A. Mayer, K. H. Jung, T. Y. Hsieh, D. L. Kwong, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 58, 2744 (1991).
[CrossRef]

T. Y. Hsieh, K. H. Jung, D. L. Kwong, S. K. Lee, J. Electrochem. Soc. 138, 1188 (1991).
[CrossRef]

Hull, R.

C. M. Gronet, C. A. King, W. Opyd, J. F. Gibbons, S. D. Wilson, R. Hull, J. Appl. Phys. 61, 2407 (1987).
[CrossRef]

Iyer, S. S.

S. F. Pesarcik, G. V. Treyz, S. S. Iyer, J. M. Halbout, Electron. Lett. 28, 159 (1992).
[CrossRef]

Jalali, B.

B. Jalali, A. F. J. Levi, F. Ross, E. A. Fitzgerald, Electron. Lett. 28, 269 (1992).
[CrossRef]

Jung, K. H.

T. Y. Hsieh, K. H. Jung, D. L. Kwong, S. K. Lee, J. Electrochem. Soc. 138, 1188 (1991).
[CrossRef]

R. A. Mayer, K. H. Jung, T. Y. Hsieh, D. L. Kwong, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 58, 2744 (1991).
[CrossRef]

Kemeny, P. C.

M. W. Austin, P. C. Kemeny, in European Conference on Integrated Optics '85 (Springer-Verlag, Berlin, 1985), p. 140.

Kesan, V.

V. Kesan, P. G. May, E. Bassous, in International Electron Devices Meeting Technical Digest (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1990), p. 637.

King, C. A.

C. M. Gronet, C. A. King, W. Opyd, J. F. Gibbons, S. D. Wilson, R. Hull, J. Appl. Phys. 61, 2407 (1987).
[CrossRef]

Koyama, J.

M. Haruna, J. Koyama, Electron. Lett. 17, 842 (1981).
[CrossRef]

Kwong, D. L.

T. Y. Hsieh, K. H. Jung, D. L. Kwong, S. K. Lee, J. Electrochem. Soc. 138, 1188 (1991).
[CrossRef]

R. A. Mayer, K. H. Jung, T. Y. Hsieh, D. L. Kwong, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 58, 2744 (1991).
[CrossRef]

Lafaw, D.

G. McWright, D. Lafaw, M. Lowry, W. Tindall, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1274, 61 (1990).

Lee, S. K.

T. Y. Hsieh, K. H. Jung, D. L. Kwong, S. K. Lee, J. Electrochem. Soc. 138, 1188 (1991).
[CrossRef]

Levi, A. F. J.

B. Jalali, A. F. J. Levi, F. Ross, E. A. Fitzgerald, Electron. Lett. 28, 269 (1992).
[CrossRef]

Logan, R. A.

H. Temkin, T. P. Pearsall, J. C. Bean, R. A. Logan, S. Luryl, Appl. Phys. Lett. 48, 963 (1986).
[CrossRef]

Lorenzo, J. P.

R. Soref, F. Namavar, J. P. Lorenzo, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1177, 175 (1986).

Lowry, M.

G. McWright, D. Lafaw, M. Lowry, W. Tindall, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1274, 61 (1990).

Luryi, S.

T. P. Pearsall, H. Temkin, J. C. Bean, S. Luryi, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 330 (1986).
[CrossRef]

Luryl, S.

H. Temkin, T. P. Pearsall, J. C. Bean, R. A. Logan, S. Luryl, Appl. Phys. Lett. 48, 963 (1986).
[CrossRef]

May, P. G.

V. Kesan, P. G. May, E. Bassous, in International Electron Devices Meeting Technical Digest (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1990), p. 637.

Mayer, R. A.

R. A. Mayer, K. H. Jung, T. Y. Hsieh, D. L. Kwong, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 58, 2744 (1991).
[CrossRef]

McWright, G.

G. McWright, D. Lafaw, M. Lowry, W. Tindall, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1274, 61 (1990).

Namavar, F.

R. Soref, F. Namavar, J. P. Lorenzo, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1177, 175 (1986).

Nazarova, N. A.

N. A. Nazarova, G. I. Romandva, A. D. Yas'kov, Sov. J. Opt. Technol. 55, 220 (1988).

Noel, J. P.

N. L. Rowell, J. P. Noel, D. C. Houghton, M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 58, 957 (1991).
[CrossRef]

Opyd, W.

C. M. Gronet, C. A. King, W. Opyd, J. F. Gibbons, S. D. Wilson, R. Hull, J. Appl. Phys. 61, 2407 (1987).
[CrossRef]

Pearsall, T. P.

H. Temkin, T. P. Pearsall, J. C. Bean, R. A. Logan, S. Luryl, Appl. Phys. Lett. 48, 963 (1986).
[CrossRef]

T. P. Pearsall, H. Temkin, J. C. Bean, S. Luryi, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 330 (1986).
[CrossRef]

Pesarcik, S. F.

S. F. Pesarcik, G. V. Treyz, S. S. Iyer, J. M. Halbout, Electron. Lett. 28, 159 (1992).
[CrossRef]

Petermann, K.

B. Schüppert, J. Schmidtchen, K. Petermann, Electron. Lett. 25, 1500 (1989).
[CrossRef]

Pomrenke, G.

H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann, K. Eisele, W. Haydl, J. Schneider, Appl. Phys. Lett. 46, 381 (1985).
[CrossRef]

Rodgers, P. M.

P. M. Rodgers, in Integrated Optics, H. P. Nolting, R. Ulrich, eds. (Springer-Verlag, Berlin, 1985), pp. 117–120.

Romandva, G. I.

N. A. Nazarova, G. I. Romandva, A. D. Yas'kov, Sov. J. Opt. Technol. 55, 220 (1988).

Ross, F.

B. Jalali, A. F. J. Levi, F. Ross, E. A. Fitzgerald, Electron. Lett. 28, 269 (1992).
[CrossRef]

Rowell, N. L.

N. L. Rowell, J. P. Noel, D. C. Houghton, M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 58, 957 (1991).
[CrossRef]

Schmidtchen, J.

B. Schüppert, J. Schmidtchen, K. Petermann, Electron. Lett. 25, 1500 (1989).
[CrossRef]

Schneider, J.

H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann, K. Eisele, W. Haydl, J. Schneider, Appl. Phys. Lett. 46, 381 (1985).
[CrossRef]

Schüppert, B.

B. Schüppert, J. Schmidtchen, K. Petermann, Electron. Lett. 25, 1500 (1989).
[CrossRef]

Soref, R.

R. Soref, F. Namavar, J. P. Lorenzo, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1177, 175 (1986).

Tamir, T.

T. Tamir, Integrated Optics (Springer-Verlag, New York, 1979).

T. Tamir, Guided Wave Optoelectronics (Springer-Verlag, New York, 1988).
[CrossRef]

Temkin, H.

T. P. Pearsall, H. Temkin, J. C. Bean, S. Luryi, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 330 (1986).
[CrossRef]

H. Temkin, T. P. Pearsall, J. C. Bean, R. A. Logan, S. Luryl, Appl. Phys. Lett. 48, 963 (1986).
[CrossRef]

Tindall, W.

G. McWright, D. Lafaw, M. Lowry, W. Tindall, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1274, 61 (1990).

Treyz, G. V.

S. F. Pesarcik, G. V. Treyz, S. S. Iyer, J. M. Halbout, Electron. Lett. 28, 159 (1992).
[CrossRef]

G. V. Treyz, Electron. Lett. 27, 118 (1991).
[CrossRef]

Wilson, S. D.

C. M. Gronet, C. A. King, W. Opyd, J. F. Gibbons, S. D. Wilson, R. Hull, J. Appl. Phys. 61, 2407 (1987).
[CrossRef]

Yas'kov, A. D.

N. A. Nazarova, G. I. Romandva, A. D. Yas'kov, Sov. J. Opt. Technol. 55, 220 (1988).

Appl. Phys. Lett. (4)

H. Ennen, G. Pomrenke, A. Axmann, K. Eisele, W. Haydl, J. Schneider, Appl. Phys. Lett. 46, 381 (1985).
[CrossRef]

N. L. Rowell, J. P. Noel, D. C. Houghton, M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 58, 957 (1991).
[CrossRef]

R. A. Mayer, K. H. Jung, T. Y. Hsieh, D. L. Kwong, J. C. Campbell, Appl. Phys. Lett. 58, 2744 (1991).
[CrossRef]

H. Temkin, T. P. Pearsall, J. C. Bean, R. A. Logan, S. Luryl, Appl. Phys. Lett. 48, 963 (1986).
[CrossRef]

Electron. Lett. (5)

S. F. Pesarcik, G. V. Treyz, S. S. Iyer, J. M. Halbout, Electron. Lett. 28, 159 (1992).
[CrossRef]

G. V. Treyz, Electron. Lett. 27, 118 (1991).
[CrossRef]

B. Schüppert, J. Schmidtchen, K. Petermann, Electron. Lett. 25, 1500 (1989).
[CrossRef]

B. Jalali, A. F. J. Levi, F. Ross, E. A. Fitzgerald, Electron. Lett. 28, 269 (1992).
[CrossRef]

M. Haruna, J. Koyama, Electron. Lett. 17, 842 (1981).
[CrossRef]

IEEE Electron Device Lett. (1)

T. P. Pearsall, H. Temkin, J. C. Bean, S. Luryi, IEEE Electron Device Lett. EDL-7, 330 (1986).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

C. M. Gronet, C. A. King, W. Opyd, J. F. Gibbons, S. D. Wilson, R. Hull, J. Appl. Phys. 61, 2407 (1987).
[CrossRef]

J. Electrochem. Soc. (1)

T. Y. Hsieh, K. H. Jung, D. L. Kwong, S. K. Lee, J. Electrochem. Soc. 138, 1188 (1991).
[CrossRef]

Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. (2)

G. McWright, D. Lafaw, M. Lowry, W. Tindall, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1274, 61 (1990).

R. Soref, F. Namavar, J. P. Lorenzo, Proc. Soc. Photo-Opt. Instrum. Eng. 1177, 175 (1986).

Sov. J. Opt. Technol. (1)

N. A. Nazarova, G. I. Romandva, A. D. Yas'kov, Sov. J. Opt. Technol. 55, 220 (1988).

Other (5)

T. Tamir, Guided Wave Optoelectronics (Springer-Verlag, New York, 1988).
[CrossRef]

V. Kesan, P. G. May, E. Bassous, in International Electron Devices Meeting Technical Digest (Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, 1990), p. 637.

T. Tamir, Integrated Optics (Springer-Verlag, New York, 1979).

M. W. Austin, P. C. Kemeny, in European Conference on Integrated Optics '85 (Springer-Verlag, Berlin, 1985), p. 140.

P. M. Rodgers, in Integrated Optics, H. P. Nolting, R. Ulrich, eds. (Springer-Verlag, Berlin, 1985), pp. 117–120.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (5)

Fig. 1
Fig. 1

Structure of the thin-film Mach–Zehnder modulator: (a) top view, (b) cross-sectional view.

Fig. 2
Fig. 2

Electrode length versus resistance of the 80-nm-thick NiCr film.

Fig. 3
Fig. 3

Relative intensity and extinction ratio versus applied power.

Fig. 4
Fig. 4

Calculated Pπ versus SiO2 thickness.

Fig. 5
Fig. 5

Calculated phase change due to linear expansion ΔL and change in refractive index Δn as a function of change in temperature.

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

Δ ϕ = 2 π Δ n L λ ,
P = Δ TWL ( t Si O 2 / K Si O 2 ) + ( t Si / K Si ) ,

Metrics