面向DWDM的硅基波导光栅滤波器研究

发布时间：2020-04-05 23:45

【摘要】：硅基光子学在集成光通信、光传感和光互连中扮演着极其重要的角色,是目前国内外的研究热点。光栅是硅基光子学中的重要器件,可以被应用在波分复用器、偏振分离器、模式分离器和分光器等各种器件中。布拉格光栅是光栅中的一种,以其不受FSR限制且呈矩形状的光谱特点,常用在各种滤波器中,但布拉格光栅常受到旁瓣的影响且具有较大的带宽,不易于应用在密集波分复用系统中。本文基于布拉格硅基波导光栅提出了一种面向密集波分复用系统的多通道可调谐解复用器,并进行了实验测试验证,主要创新点和工作包括以下几个方面:1、针对均匀布拉格光栅具有严重旁瓣的问题,在实验室原有研究的基础上,采用相位切趾方法设计了一种滤波器。该方法基于光栅辅助型耦合器,保持两段波导上光栅齿的深度恒定,通过调节光栅齿的相对位置实现对旁瓣的抑制。首先从理论上分析了该切趾方法的实现原理,接着基于该方法在不同切趾系数下对比均匀布拉格光栅进行仿真,最后通过实验验证测得旁瓣抑制比大于20dB,实现了对旁瓣的有效抑制。2、针对光栅滤波器带宽较大的问题,本论文采用了一种光栅级联的方法实现对带宽的控制。通过实验分析光栅齿深度、光栅间距和光栅长度对于带宽和插入损耗的影响,测得20dB带宽约为0.8nm,插入损耗约为2.6dB。3、本论文还提出了一种面向密集波分复用系统的多通道可调谐解复用器。每个通道都采用级联方法减小带宽,采用切趾方法抑制旁瓣,并采用热调谐方法调整每个通道的中心波长,实验测得每个通道的3dB带宽约为0.4nm,20dB带宽约为0.9nm,相邻通道隔离度大于20dB,中心波长移动范围最大为25nm。该解复用器适用于200GHz的DWDM系统,并有应用在100GHz和400GHz等的DWDM系统中的潜力。
【图文】：

掺杂稀土,硅基,拉曼散射,异质结构

要通过以下几种方法避免了硅基材料的固有限制：（１）掺杂稀土离子如Ｎｄ３＋、逡逑Ｅｒ１＋、Ｙｂ３＋、Ｔｍ３＋和Ｈｏ３＋等［１３］－［１５］。日本理化研究所、韩国Ｓｈｍ课题组以及其逡逑他国家的课楲小组等先后基于掺杂Ｅｒ３—实现了硅基材料的受激发射。如图１．１（ａ）逡逑所示，利用热氧化方法制作的环形谐振腔，实现受激发射，Ｑ值高达３．４Ｘ１０７。逡逑（２）利用拉曼散射原理。基于硅材料较大的拉曼放大系数，实现硅基拉曼激光逡逑器。利用该原理，Ｉｎｔｅｌ公司研制出了硅基拉曼激光器［１６］［１７］。（３）利用异质结逡逑构实现混合型激光器［１８］［１９］。混合型激光器即将ＩＩＩ－Ｖ族材料与硅基材料有机地逡逑结合在一起，充分利用不同材料的优势。逡逑“逦逦逦％—逦ＴＩ邋…ＰＣ—逡逑？Ｈ邋Ｖ逦＾邋－邋ＡＪＧａｌｎＡ．邋ＭＯＷ邋＜Ｓ逡逑ｔ邋？邋－逦’逦＾邋＾逦■．丨，■：二—－＼邋３０－ＡｉＧ＾ｉｎＡｓ逡逑ｉ．邋Ｅｇａ逡逑ｆ邋’。．邋ｍｍｍｍ邋Ｓ逦丨ｓｌ逡逑Ｉ，｜ｍ邋＆邋４—８０１逦，逡逑ｚ逦／＊逦＼逦叫逦ｓ

微环,硅基,光调制器,硅基材料

要通过以下几种方法避免了硅基材料的固有限制：（１）掺杂稀土离子如Ｎｄ３＋、逡逑Ｅｒ１＋、Ｙｂ３＋、Ｔｍ３＋和Ｈｏ３＋等［１３］－［１５］。日本理化研究所、韩国Ｓｈｍ课题组以及其逡逑他国家的课楲小组等先后基于掺杂Ｅｒ３—实现了硅基材料的受激发射。如图１．１（ａ）逡逑所示，，利用热氧化方法制作的环形谐振腔，实现受激发射，Ｑ值高达３．４Ｘ１０７。逡逑（２）利用拉曼散射原理。基于硅材料较大的拉曼放大系数，实现硅基拉曼激光逡逑器。利用该原理，Ｉｎｔｅｌ公司研制出了硅基拉曼激光器［１６］［１７］。（３）利用异质结逡逑构实现混合型激光器［１８］［１９］。混合型激光器即将ＩＩＩ－Ｖ族材料与硅基材料有机地逡逑结合在一起，充分利用不同材料的优势。逡逑“逦逦逦％—逦ＴＩ邋…ＰＣ—逡逑？Ｈ邋Ｖ逦＾邋－邋ＡＪＧａｌｎＡ．邋ＭＯＷ邋＜Ｓ逡逑ｔ邋？邋－逦’逦＾邋＾逦■．丨，■：二—－＼邋３０－ＡｉＧ＾ｉｎＡｓ逡逑ｉ．邋Ｅｇａ逡逑ｆ邋’。．邋ｍｍｍｍ邋Ｓ逦丨ｓｌ逡逑Ｉ，｜ｍ邋＆邋４—８０１逦，逡逑ｚ逦／＊逦＼逦叫逦ｓ
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713

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