本文關(guān)鍵詞：用于全光信號(hào)處理的InP基單片集成器件，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：21世紀(jì)是信息大爆炸的時(shí)代,迅猛發(fā)展的英特網(wǎng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的通信容量的要求越來(lái)越高。全光信號(hào)處理技術(shù)有望在光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)克服傳統(tǒng)光-電-光交換模式對(duì)速率的制約而被廣泛地研究。而集成化可以大大降低成本和功耗,并提高可靠性,為全光信號(hào)處理技術(shù)真正用于光通信網(wǎng)絡(luò)提供了可能。光子集成是未來(lái)光通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。 由于InGaAsP的帶隙波長(zhǎng)為1μm-1.65μm,覆蓋通信波段且可調(diào),是制作單片集成器件的理想材料。本文首先研究了InP基單片集成方法,接著設(shè)計(jì)了InP基無(wú)源器件、有源器件和半導(dǎo)體光放大器(SOA)與延時(shí)干涉儀(DI)單片集成器件,開發(fā)了InP基集成器件的制作工藝,并對(duì)這些InP基器件進(jìn)行了制作和性能測(cè)試,最后將它們用于全光信號(hào)處理。概括全文的研究和貢獻(xiàn),可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面： (1)詳細(xì)研究了量子阱混合(QWI)和非對(duì)稱雙波導(dǎo)(ATG)這兩種InP基單片集成方法。首先介紹了QWI集成方法的機(jī)理及幾種典型的實(shí)現(xiàn)技術(shù)；并依據(jù)Ⅲ-Ⅴ族材料的擴(kuò)散理論對(duì)氬等離子體增強(qiáng)量子阱混合技術(shù)(Ar-PEQWI)進(jìn)行詳細(xì)分析和理論建模；同時(shí)利用該技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了110nm的帶隙藍(lán)移。接著,分析了ATG集成方法的基本原理。對(duì)ATG結(jié)構(gòu)的核心部件——錐形耦合器進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)；提出了一種制作工藝簡(jiǎn)單的單斜錐形耦合器;然后利用變換光學(xué)設(shè)計(jì)了一種用于ATG集成方法的超短垂直耦合器,耦合效率為94.9%,而長(zhǎng)度僅3t.μm。最后設(shè)計(jì)了采用QWI和ATG集成方法實(shí)現(xiàn)SOA與DI單片集成器件的工藝流程。 (2)設(shè)計(jì)了SOA與DI單片集成器件和掩膜版圖。首先設(shè)計(jì)了多量子阱外延片的結(jié)構(gòu)和SOA的尺寸。接著基于有限元方法分析并設(shè)計(jì)了InP基無(wú)源直波導(dǎo)和彎曲波導(dǎo)；介紹了多模干涉(MMI)耦合器的基本原理,并設(shè)計(jì)了1×2和2x2MMI耦合器；然后,依據(jù)工作帶寬等要求設(shè)計(jì)了DI的尺寸。最后,設(shè)計(jì)并繪制了用于工藝開發(fā)和器件制作的無(wú)源、有源和集成器件掩膜版圖。 (3)研究了InP基單片集成器件的關(guān)鍵加工工藝。分別開發(fā)了紫外光刻、緩沖氫氟酸(BOE)濕法刻蝕Si02、磁增強(qiáng)的反應(yīng)離子刻蝕(MERIE)和感應(yīng)耦合等離子體(ICP)干法刻蝕ICP干法刻蝕InP/InGaAsP、電極的制作(包括負(fù)膠光刻、金屬沉積和剝離、襯底減薄和熱退火等)以及InP基器件的后處理等工藝的流程和參數(shù)。為實(shí)現(xiàn)用于全光信號(hào)處理的InP基單片集成器件提供了工藝支持。 (4)制作并測(cè)試了InP基無(wú)源、有源和單片集成器件。首先制作了無(wú)源單模和多模脊波導(dǎo)。接著介紹了法布里帕羅半導(dǎo)體光放大器(FP-SOA)的詳細(xì)制作流程,并成功制作了性能優(yōu)良的FP-SOA,其自發(fā)輻射梳狀譜的消光比高達(dá)30dB。最后測(cè)試了SOA與DI單片集成器件,其中2000μm長(zhǎng)的SOA的飽和輸出功率高于3dBm,DI的消光比約為16dB、且峰值波長(zhǎng)可以通過調(diào)節(jié)相移器進(jìn)行調(diào)節(jié),AWG消光比高于20dB,這些測(cè)試結(jié)果顯示單片集成器件性能良好。 (5)研究基于InP基器件的全光信號(hào)處理技術(shù)。首先,提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種基于FP-SOA對(duì)微分方程進(jìn)行全光求解的方案。級(jí)聯(lián)多個(gè)FP-SOA可以求解高階微分方程,而改變FP-SOA的注入電流可以調(diào)節(jié)被求解微分方程的系數(shù),1階微分方程的系數(shù)的調(diào)諧范圍為0.0026/ps到0.085/ps,而2階微分方程的兩個(gè)系數(shù)的調(diào)諧范圍分別為0.0216/ps到0.158/ps和0.0000494/ps2到0.006205/ps2。接著,基于SOA與DI單片集成器件,利用四波混頻效應(yīng)從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了10Gbit/s的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換；利用交叉增益調(diào)制結(jié)合DI多信道濾波特性實(shí)現(xiàn)了10Gbit/s的全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和波長(zhǎng)廣播。

  本文關(guān)鍵詞：用于全光信號(hào)處理的InP基單片集成器件，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。