用于下一代以太网的可调谐半导体激光器研究

发布时间：2017-10-30 07:04

  本文关键词：用于下一代以太网的可调谐半导体激光器研究

  更多相关文章： 下一代以太网 V型耦合腔可调谐激光器 1310nm波段 100GBASE-LR4

【摘要】：以太网以其低成本、高可靠性和安装维护简易等优点成为普遍采用的网络技术,随着用户对数据传输和接入带宽的需求越来越大,以太网逐渐经历了标准以太网、快速以太网、千兆以太网等各个阶段。以太网在电信化和数据中心的应用,更是推动了40 Gb/s和100Gb/s下一代以太网的快速商用。可是,当前已有的下一代以太网光发射机大多基于分布反馈激光器设计,复杂的工艺和昂贵的成本制约着其大规模应用。V型耦合腔可调谐半导体激光器不仅能够很好地解决这个问题,而且能够满足未来面临更大带宽需求时系统升级,动态组网的需要。本文主要研究用于下一代以太网的V型耦合腔可调谐激光器。首先,我们介绍了V型耦合腔可调谐激光器的基本结构和工作原理,并将该结构运用于1310 nm波段可调谐激光器的设计中,针对该波段改用AlGaInAs材料量子阱结构作为有源层,以提升温度稳定性,并重新设计了层状结构和波导结构。谐振腔参数也进行了优化,以获得较大的波长调谐范围和较高的边模抑制比,并在半波耦合器的设计中,加入两个延展区域用于优化附加损耗。接着,我们按照设计制作了实际器件,分析了波导内切和AlGaInAs材料量子阱侧向刻蚀现象出现的原因,并进行了改进,成功制作出性能优异的1310 nm波段V型耦合腔可调谐激光器。通过单电极电流热调谐,实现了22个100 GHz信道间隔的连续波长切换,边模抑制比超过30 dB。最后,我们设计了满足100GBASE-LR4规范的V型耦合腔可调谐激光器,并利用时域行波模型仿真了其静态和动态特性。通过采用电注入调谐模式,引入无源波导作为调谐区域,改进电极结构,缩短谐振腔腔长和减小腔长差等优化方式,取得了单个自由光谱范围内21个200 GHz信道间隔的连续波长切换,以及25 Gb/s直接强度调制性能,能够很好地满足下一代以太网对光发射机的需求。
【关键词】：下一代以太网 V型耦合腔可调谐激光器 1310nm波段 100GBASE-LR4
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 下一代以太网对波长可调谐激光器的需求9-13
• 1.2 波长可调谐半导体激光器的研究现状13-16
• 1.3 本论文的章节安排16-17
• 1.4 本论文的创新点17-19
• 2 1310nm波段Ⅴ型耦合腔可调谐激光器的设计19-40
• 2.1 Ⅴ型耦合腔激光器的基本结构和工作原理19-26
• 2.1.1 基本组成部分19-20
• 2.1.2 游标效应的应用20-22
• 2.1.3 半波耦合器22-25
• 2.1.4 阈值条件25-26
• 2.2 量子阱结构、层状结构及波导结构设计26-33
• 2.2.1 量子阱结构设计26-30
• 2.2.2 层状结构设计30-31
• 2.2.3 波导结构设计31-33
• 2.3 激光器结构设计33-40
• 2.3.1 谐振腔设计33-36
• 2.3.2 半波耦合器设计36-40
• 3 制作工艺流程及测试分析40-59
• 3.1 关键制作工艺及设备40-46
• 3.1.1 光刻工艺40-41
• 3.1.2 薄膜沉积工艺41-42
• 3.1.3 刻蚀工艺42-43
• 3.1.4 平坦化工艺43-44
• 3.1.5 金属溅射及减薄抛光工艺44-46
• 3.2 实际器件制作46-49
• 3.2.1 光掩膜版绘制46-47
• 3.2.2 艺流程总览47-48
• 3.2.3 最终器件48-49
• 3.3 器件测试及性能分析49-59
• 3.3.1 器件测试平台介绍49-51
• 3.3.2 P-I-V特性测试51-52
• 3.3.3 多信道波长切换特性及单模光谱特性测试52-55
• 3.3.4 针对边模抑制比不高的原因分析55-56
• 3.3.5 改进后的实验结果56-59
• 4 满足100GBASE-LR4规范的Ⅴ型耦合腔激光器设计和仿真59-73
• 4.1 100GBASE-LR4简介59-61
• 4.1.1 IEEE Std 802.3ba的提出背景59
• 4.1.2 100GBASE-LR4的具体内容59-61
• 4.2 V型耦合腔可调谐激光器的优化设计61-63
• 4.2.1 波导结构设计61-62
• 4.2.2 腔长及半波耦合器设计62-63
• 4.3 基于时域行波模型的静态和动态性能仿真63-73
• 4.3.1 时域行波模型63-66
• 4.3.2 仿真使用到的各项参数66-67
• 4.3.3 静态特性的仿真67-69
• 4.3.4 动态调制特性的仿真69-73
• 5 总结和展望73-75
• 5.1 本文总结73-74
• 5.2 工作展望74-75
• 参考文献75-82
• 附录82
• 作者简介82
• 成果附录82

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1 杰戈迪什·拉贝罗;光网络中可调谐激光器的前景[J];世界电子元器件;2002年11期

2 李耐和;可调谐激光器种类及发展趋势[J];世界产品与技术;2002年02期

3 席鹏;光网络推动可调谐激光器发展[J];激光与光电子学进展;2002年07期

4 王思R，

本文编号：1116595