硅光子马赫-曾德尔调制器的辐射致电离效应与空间任务要求
应用物理
2025-09-25 v1
摘要
光子集成电路已成为满足全球日益增长的高容量信息处理与传输需求的关键。评估其辐射耐受性对于在辐射环境中部署系统至关重要——包括太空、高能粒子加速器和国防辐射测试设施——在这些环境中，光子集成电路的性能和紧凑性优势日益凸显。本研究探讨了马赫-曾德尔调制器（MZM）在10 keV X射线辐照下的模拟和数字射频电光性能，该辐照模拟了太空飞行中的累积电离效应。硅光子MZM是极佳的范例，因为它们是干涉型器件，由许多集成光子电路共有的元件组成。在标准偏置条件下，辐照后的MZM表现出显著的带宽降低、相应的眼图闭合以及随波特率增加的估计误码率。观察到的性能退化归因于总电离剂量效应，该效应导致硅/二氧化硅波导界面处的空穴俘获以及靠近导带边缘的快陷阱。值得注意的是，当MZM在所有引线接地的情况下辐照时，未观察到电光响应的辐射敏感性，这凸显了在标准工作条件下进行地面辐射测试和轨道研究的重要性。随着性能要求和部署机会的增加，理解MZM和其他集成光子器件的辐射致性能退化对于太空和加速器环境日益重要。
引用
@article{arxiv.2509.20267,
title = {Radiation-induced Ionization Effects and Space Mission Requirements for Silicon Photonic Mach-Zehnder Modulators},
author = {Kellen P. Arnold and Joel B. Slaby and Nathaniel J. Karom and Anurag R. Veluri and C. Alex Kaylor and Andrew L. Sternberg and Dennis R. Ball and Ronald D. Schrimpf and Daniel M. Fleetwood and Stephen E. Ralph and Robert A. Reed and Sharon M. Weiss},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.20267},
year = {2025}
}
备注
22 pages, 9 figures