MIT研究小組基于硅光波導中的光伏效應，實現了每比特阿焦級的電光調制器，創造了新的低功耗調制器記錄。

受限于硅材料較弱的電光效應，調制器工作時需要較大的驅動電壓，因此硅基調制器的典型功耗在fJ/bit以上，如下圖所示(藍色標記為硅基調制器，紅色標記為基于其他材料的調制器)。

典型的工作電路如下圖所示，調制器等效為一個二極管，

驅動電路通過對二極管的電容進行充放電，實現對光信號的調制，其功耗滿足下式，

當光在硅波導中進行傳輸時，其折射率受外部電信號的影響而發生變化，再通過光學干涉結構，即可實現對光信號的調制。

在這一過程中，由于界面態吸收和sub-bandgap吸收等物理效應，部分光信號會被硅吸收產生自由載流子。這部分額外的載流子可以用于對調制器供電，從而降低調制器的功耗。其工作原理如下圖所示，

在小的輸入電壓時，晶體管處于off狀態，調制器兩端的電壓為PV cell兩端的電壓Voc, 當輸入電壓增大到大于Vth時，晶體管處于on狀態，產生的光電流全部從晶體管處流出，此時調制器兩端電壓為0。Vmod與輸入電壓的變化曲線如下圖所示，

從上面的曲線可以看出，曲線中間有一段區域調制器兩端的電壓隨晶體管兩端的電壓快速變化，導致調制效率的提高?？梢酝ㄟ^調節增益點的大小(bias點)，改變調制器的帶寬和功耗，如下圖所示，典型的3dB帶寬為1GHz左右，

實驗中為了增加光吸收，采用了外延生長的SiGe波導，寬度為300nm, 對應的響應率為34mA/W。采用GlobalFoundries的45nm硅光工藝線，PN結采用交錯型的結構，微環的半徑為5um，寬度為1.2um，如下圖所示，

由于采用的是單片集成工藝，晶體管就在調制器附近，通過金屬相連。下圖為不同情況下的輸出信號與眼圖，

在相同的100mVpp情況下，PV型調制器的OMA是傳統調制器的10倍，ER也是傳統調制器的十倍多，功耗只有傳統調制器的1/6，插損為2.44dB。

簡單小結一下，利用硅材料對光吸收所產生的自由載流子，對調制器進行供電，變廢為寶，大大降低了調制器的功耗。對于大規模集成光路，功耗低尺寸小的調制器是核心技術之一。

MIT這一極低功耗的調制器設計為大家開辟了一個新的思路。此外，利用光伏效應，波導內光電流的變化也可以用于監控波導內光強的變化。