硅基模式相關器件及其在多維復用系統(tǒng)中的應用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著人們對通信速度和容量需求的高速增長,光通信技術以其高速率,大容量,低功耗的優(yōu)勢形成了蓬勃發(fā)展的局面。為了追求更大的傳輸容量和帶寬,多種復用技術如波分復用(WDM)、時分復用(TDM)、偏振復用(PDM)、空分復用(SDM)等,被學術界和產(chǎn)業(yè)界廣泛研究,其中WDM技術作為最成熟的復用技術,已經(jīng)廣泛應用于商用光網(wǎng)絡中,而同時采用多種復用技術來進一步提升通信容量的多維復用系統(tǒng)也成為研究的熱點。另一方面,為減小器件尺寸、降低成本、減小功耗,

2、硅基光子集成技術被普遍認為是下一代光通信網(wǎng)絡的發(fā)展方向。所以,利用硅基光子集成芯片實現(xiàn)多維復用系統(tǒng)以及其相關控制、路由等高級功能對高速光通信系統(tǒng)的發(fā)展有著重大的意義。
  本論文首先對模式轉換涉及到的機理及理論模型進行了分析,設計制作了不同類型的硅基模式轉換/復用器件。在此基礎上,開發(fā)了多種應用于模式復用及多維復用系統(tǒng)中的功能性器件,并對其在發(fā)射、交換路由、接收等方面的應用進行了系統(tǒng)深入的研究。本論文的主要內容有以下幾個方面:

3、r> ?。?)研究了三種基于絕緣體上硅(SOI)平臺的片上模式轉換/復用器件,分別采用級聯(lián)多模干涉耦合器(MMI)加相移器結構、非對稱定向耦合器結構以及微環(huán)諧振器結構。提出了一種改進型高性能模式復用器,在提高轉換效率的同時,大大降低模式串擾。這部分內容為后續(xù)模式復用及其應用于多維復用系統(tǒng)的研究打下了堅實的基礎。
 ?。?)設計制作了偏振可控制的片上模式轉換器,該器件由二維光子晶體光柵與微環(huán)諧振器型模式轉換器構成。單模光纖中的信號進

4、入芯片,通過控制進入芯片的信號偏振態(tài),可以在輸出的少模光纖中選擇性地得到需要的模式。同時研究了二維光子晶體光柵與少模光纖的耦合問題,對結合光纖和芯片的模式復用技術有重要的參考意義。最后對實際制作的器件進行了詳細的測試,紅外電荷耦合元件(CCD)從少模光纖中觀測的模斑充分證實了器件的功能。并對該器件進行了四波長 WDM40Gb/s非歸零-開關鍵控(NRZ-OOK)信號的傳輸實驗,得到了良好的眼圖和誤碼結果。
 ?。?)提出了帶解調開

5、關功能的片上模式復用系統(tǒng),該系統(tǒng)可用于長距離光纖通信系統(tǒng)與短距離片上通信系統(tǒng)的光互連中。其中模式復用部分采用微環(huán)諧振器型模式轉換/復用器件,設計優(yōu)化了微環(huán)結構和參數(shù),從而得到實現(xiàn)解調功能所需的頻譜特性。其動態(tài)解調功能可通過熱光效應來實現(xiàn),對熱調部分也提供了建模仿真。最后對制作的器件進行了詳細的測試,器件的損耗、串擾、頻譜特性都給出了定量的結果。目前展示的器件能復用三個模式和四個波長,未來在模式數(shù)目以及波長數(shù)目上仍具有拓展性。
  

6、(4)提出了適用于模式復用系統(tǒng)的片上數(shù)據(jù)交換芯片,可用于實現(xiàn)模式復用網(wǎng)絡中的路由和交換等高級功能,同時該芯片與成熟的WDM技術兼容,可用于WDM-MDM的多維復用系統(tǒng)中。其中模式互換部分由兩個微環(huán)諧振器型模式轉換/復用器件構成,中間采用絕熱錐形耦合器連接,以確保模式的無損無串擾變換。對制作的器件分別進行了單波長和四波長信號的傳輸實驗,測試得到的眼圖和誤碼曲線證實了器件的功能,并表征了優(yōu)良的性能。
 ?。?)首次提出了偏振復用-模式

7、復用轉換器的概念,在 SOI平臺上結合二維光子晶體光柵結構以及級聯(lián)MMI型模式轉換/復用器實現(xiàn)了光纖中的偏振復用信號到片上模式復用信號的轉換。其中通過引入分布式布拉格反射型(DBR)光柵結構減小了二維光子晶體光柵的損耗,用反蝴蝶型結構代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蝴蝶型相移器結構提升了相移器的工藝容差,這些優(yōu)化對器件的實際制作和性能提升有重要意義。測試中對制作的器件進行了40 Gb/s NRZ-OOK信號的傳輸實驗,測試得到的眼圖和誤碼曲線充分證明了器件的

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