本文關(guān)鍵詞：面向光互連的硅基片上復用器件的研究

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【摘要】：隨著通信技術(shù)的發(fā)展,尤其各種智能設備的普及應用,以數(shù)據(jù)存儲、傳輸、處理為基礎(chǔ)的“大數(shù)據(jù)時代”對于通信網(wǎng)絡的傳輸提出了更高的要求。集成光學憑借其體積小、低能耗、大帶寬等優(yōu)點,在光互連、光通信等領(lǐng)域獲得越來越多的青睞。尤其硅光子學其同CMOS工藝相兼容的優(yōu)勢,使光集成芯片與電集成芯片的混合集成成為可能,在諸如芯片間、芯片內(nèi)部采用光互連的技術(shù)可突破電互連在帶寬、功耗等方面的瓶頸。為了進一步的拓展片上光互連的帶寬,本文基于硅納米線波導在片上復用技術(shù)方面做了一些工作。首先,本文結(jié)合耦合模理論對非對稱定向耦合器進行了詳盡的分析,對提出的采用級聯(lián)的非對稱定向耦合器結(jié)構(gòu)的模式復用器的設計過程、波長、串擾特性以及工藝容差的影響進行了詳盡的討論。首次在片上實現(xiàn)了超小結(jié)構(gòu)的四模式通道的模式(解)復用器,其串擾低于-20dB,插損小于0.5dB,具有優(yōu)良的性能。其次,結(jié)合偏振復用技術(shù)本文提出一種同時實現(xiàn)偏振復用和模式復用技術(shù)的系統(tǒng),進一步的增大光鏈路的帶寬,并針對其關(guān)鍵器件偏振-模式混合復用器進行了深入的研究。首先對兩種超小結(jié)構(gòu)的偏振分束器——彎曲非對稱定向耦合器型偏振分束器和級聯(lián)非對稱定向耦合器型的偏振分束器的設計原理、器件的設計過程進行了分析,并給出了其實驗結(jié)果。利用級聯(lián)非對稱定向耦合器型的偏振分束器和非對稱定向耦合器設計實現(xiàn)了一個同時實現(xiàn)四個TE模式和四個TM模式復用的八通道的偏振-模式混合(解)復用器,并對其性能、工藝容差進行了詳盡的闡述。實驗結(jié)果顯示八個通道的串擾均低于-11dB,同理論分析結(jié)果相吻合。在此基礎(chǔ)上,提出一種利用光柵型起偏器的改進方案,將八通道的混合(解)復用器的串擾降低至-18dB以下。再次,結(jié)合成熟的波分復用器AWG,提出一種可同時實現(xiàn)波分復用技術(shù)和模式復用技術(shù)的超大帶寬的64通道波分-模式混合(解)復用器。在此基礎(chǔ)上,提出一種采用雙向AWG設計的改進方案,減小AWG的數(shù)量,使其結(jié)構(gòu)更為緊湊,同時也增強了工藝穩(wěn)定性。改進后各通道的串擾約-14dB,為光互連帶寬的提升提供了一種切實可行的解決方案。最后,我們總結(jié)全文的主要工作,并對片上復用技術(shù)的相關(guān)工作進行了展望。
【關(guān)鍵詞】：集成光路 光互連 硅納米線波導 模式復用技術(shù) 偏振復用技術(shù) 偏振敏感器件 波分復用技術(shù)
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN47
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 緒論16-30
• 1.1 集成光學概述16-18
• 1.2 光互連的興起18-21
• 1.3 片上模式復用技術(shù)21-27
• 1.4 本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點27-30
• 第二章 硅基納米線波導的模式特性及數(shù)值仿真方法30-40
• 2.1 硅納米線波導的模式30-35
• 2.2 數(shù)值仿真方法35-38
• 2.2.1. BPM方法35-36
• 2.2.2. EME方法36-37
• 2.2.3. FDTD方法37-38
• 2.3 模式的計算38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 硅基器件的制作與測試40-52
• 3.1 硅基器件的制作40-45
• 3.2 器件的測試45-50
• 3.2.1. 端面耦合方法45-48
• 3.2.2. 垂直耦合法48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-52
• 第四章 硅基四通道的模式復用器52-70
• 4.1 定向耦合器的設計52-58
• 4.2 硅基非對稱定向耦合器型模式復用器的設計58-65
• 4.3 四通道模式復用器制作與實驗結(jié)果分析65-67
• 4.4 本章小結(jié)67-70
• 第五章 硅基偏振-模式混合復用技術(shù)70-98
• 5.1 偏振-模式混合復用系統(tǒng)70-72
• 5.2 硅基偏振分束器72-82
• 5.2.1. 彎曲非對稱定向耦合器型PBS73-78
• 5.2.2. 級聯(lián)非對稱定向耦合器型PBS78-82
• 5.3 硅基八通道偏振-模式混合復用器82-96
• 5.3.1. 器件的設計與分析82-91
• 5.3.2. 器件的制作與實驗結(jié)果91-93
• 5.3.3. 器件性能的改進93-96
• 5.4 本章小結(jié)96-98
• 第六章 硅基波分-模式混合(解)復用器98-112
• 6.1 硅基64通道波分-模式(解)復用器的設計98-101
• 6.2 器件的制作與實驗結(jié)果分析101-104
• 6.3 改進的64通道波分-模式混合(解)復用器104-109
• 6.4 本章小結(jié)109-112
• 第七章 總結(jié)與展望112-114
• 參考文獻114-128
• 作者簡歷128
• 攻讀博士學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文128-129

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本文編號：942553