硅基微环电光调制器基础研究

发布时间：2019-11-06 09:22

【摘要】：硅基光子学作为实现大规模集成光路的重要解决方案,得到科研工作者越来越多的关注和研究。集成光学的发展对光纤通信系统具有重大意义,其中,调制器又是光通信系统中关键器件,不仅在光通信网络的组建中有着至关重要的作用,而且其性能也影响着整个光通信网络的信号处理能力。但是目前在调制器小型化和高调制速率方面还没有得到很好的解决。硅基微环谐振腔电光调制器不仅体积小而且具有很高的敏感性,但是传统的硅基微环调制器主要基于等离子色散效应,由于载流子迁移率的限制,使得其无法达到所需求的高速调制。本论文结合新型二维材料石墨烯,利用其高载流子迁移率以及电压可控的优点制作分别工作在近红外和中红外波段的硅基微环调制器,得到较好的调制效果。此外本论文还设计了基于氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)的硅基微环电光调制器。最后设计了实验验证了石墨烯的调制性能。主要研究内容概括如下:1.结合电磁理论对波导中光的传输进行讨论分析。重点就波导耦合理论进行了分析,这对微环谐振腔总线波导与环形波导间的耦合至关重要。最后本论文利用传输矩阵法分析了微环谐振腔的基本原理和性质,并对微环谐振器的性能参数进行了讨论分析。2.设计分析了基于石墨烯的硅基微环电光调制器,通过设计所需的脊型波导,讨论对比了不同隔离层的区别,定性分析了嵌入有石墨烯波导的电调谐性能。最终仿真了石墨烯硅基微环调制器,分析了其调制性能,光信号的透过率,实现了在1550nm下消光比为16.77dB,光带宽为208.14GHz的微环调制器。此外,本论文仿真设计了基于硫系玻璃波导的中红外微环调制器,实现了消光比为33.57dB,光带宽为133GHz的中红外波段微环调制器。本论文同时理论分析了ITO的电调谐性能,设计了基于ITO的硅基微环调制器,结果表明基于ITO的微环同样能实现电光调制,得到消光比为15.15dB,光带宽为195GHz的调制器。3.完成了对石墨烯电调谐性质的测试,设计了基于石墨烯的D型光纤调制器,通过简单、低成本的方法证明了石墨烯的电调谐性能。结果表明石墨烯随着外加电场的变化能实现对光路内光信号的调制。通过以上研究,充分证明了基于石墨烯或ITO硅基微环调制器的可行性,并且还具有非常好的调制性能。在光通信系统特别是调制器研究领域具有重要意义。
【图文】：

所以，光通信网络的建设显得尤为重要，研究能满足日益增长的需求。信的发展历程与介绍就是利用光进行信息传递，通过光纤进行的光通信主几何光学可知，要实现光的全反射就必须要求光纤纤芯中光在光纤中的传播如图 1-1 所示。光纤通信的应用产生了巨大的变革，光纤通信作为快速进行信息传递的用光缆，光纤通信已经使得电信链路能够在更远的距离具有很低的损耗，最重要的是，光纤通信已经实现了高些优点，光纤通信系统广泛地用于从主要电信骨干基础布和一般的数据网络。除了非常高的带宽和极高的数据信号衰减少，成本低，比铜线更轻薄，抗干扰能力强的活性使其在机械和医学成像系统中有着广泛应用。

盖有外包层的玻璃纤维可以传播光信号，并提出这种光纤的传输B/km。接着，光纤在 1970 年由康宁玻璃厂成功开发，其衰减能够（约 20dB/km），这一成果在通信发展史上意义非凡，，为此后的发实的基础。纤通信的利用从无到有，从开始的低速率到后来的高速率、宽带宽的真正研究阶段始于 1975 年左右，一直到 2000 年的 25 年期间取，其发展历程可以分成几个不同的阶段。一代光纤通信系统在 0.8μm 附近工作，并使用紧凑的 GaAs 光源期间的几次实地试验之后，这种系统于 1980 年商业化应用[1]。比s，允许的中继器间隔高达 10km。相对于同轴系统的 1km 的中继间器间距给了系统设计者更大的动力，因为其大大减少了与中继相成本。历了第一代光纤通信系统的发展，不到 10 年的时间，就进行了阶段多模光纤中存在的色散一直制约着通信速率的增加，通常都
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN761

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 王兴军;苏昭棠;周治平;;硅基光电子学的最新进展[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2015年01期

2 金锡哲,王曦;可调光衰减器(VOA)技术发展综述[J];光通信技术;2003年12期

相关硕士学位论文 前1条

1 刘将;微环调制器及其应用的研究[D];西安电子科技大学;2010年

本文编号：2556643