论文部分内容阅读
由于“电了瓶颈”的限制,光传输的速度、容量与光节点处信息处理能力的严重不匹配成为当前光通信研究领域一个亟待解决的问题。此外,高能耗的“光/*电”转换及网络节点处电信号的交换和处理也阻碍了光通信技术的持续发展。解决这一问题的有效出路是用光器件取代光通信网中的电子器件,使光信号在光网络中始终以光的形式进行传输、处理和交换,实现真正意义上的低功耗超高速超大容量“全光网”。本论文研究了面向全光信号处理的可集成半导体器件,主要工作成果如下：基于多模干涉耦合器的自镜像原理,论文给出了一种结合制作工艺,衡量普通干涉(GI)、对称干涉(PI)和对称干涉(SI)三种3dB MMI耦合器性能优劣的方法,指出了这三种耦合器的适用方向。在InP基和SOI衬底上分别设计、制作了这三种耦合器+模斑转换器的集成芯片。InP/InGaAsP基3dB-GI-MMI、3dB-PI-MMI耦合器在1540-1560nm范围内的不平衡度(IM)分别在±1dB、±0.5dB内变化,额外损耗(EL)分别约为-3.2dB、-2.7dB(包括光纤与波导的对接耦合损耗以及光在波导中的传输损耗)；SOI基的3dB-GI-MMI、3dB-PI-MMI、3dB-SI-MMI耦合器在1530-1570nm范围内的1M分别在[-2.7dB,1.3dB]、[-4.8dB,2dB]、[-1dB,0dB]内变化。论文提出了一种基于边入射MMI耦合器的波分复用／解复用器,具有结构紧凑、串扰小、易于制作的优点,并在InP基和SOI衬底上进行了设计和制作。InP基芯片实现了1310nm、1544nm信号的分光,消光比分别达22.6dB、15.36dB,器件多模波导尺寸仅为5μm×280.6μm; SOI基芯片实现了1310nm、1555.3nm信号的分光,消光比分别达8dB、18dB,芯片尺寸小于100μm×100μm,器件多模波导尺寸仅为1.35μm×22.3μm。此外,论文还在InP基衬底上设计并制作了一种改进型非对称GI-MMI变脊宽输出结构的1.31/1.55μm波长解复用器,分别对1310nm、1544nm信号实现了14.1dB、35.8dB的分光。论文提出了一种基于4×4(或8×8)MMI耦合器的可集成全光移相模数转换器,分析了移相误差、采样脉冲幅度抖动、耦合器功率分配系数对该结构全光ADC的信噪比、有效量化精度等性能的影响,讨论了带宽限制因素。对低位全光ADC方案进行了改进,提出了高位可扩展的全光ADC方案。在SOI衬底上,尝试设计并制作了4×4MMI耦合器芯片。