基于多波导垂直集成技术和蚀刻衍射光栅的光子集成接收器的研究
发布时间：2020-12-17 02:47
近几十年来,光纤通信技术得到了迅猛的发展。尤其是近几年,随着移动互联网、云计算、大数据等技术的兴起与繁荣以及大型数据中心的发展,人们对于通信带宽的需求不断提高。在此背景下,光纤通信系统对通信的功耗与速率等性能提出了更高的要求,而传统的光收发模块在尺寸和能耗上都已经无法满足需求。伴随光子集成芯片制作技术的逐步成熟,将多个分立器件集成于一体的光电子集成芯片将逐步替代传统解决方案,这也是光电子行业发展的必然趋势。基于此背景,本论文将主要研究基于多波导垂直集成技术和蚀刻衍射光栅的光子集成接收器。首先,我们详细介绍了蚀刻衍射光栅的基本结构、工作原理和基本特性,然后给出了蚀刻衍射光栅的设计方法和数值仿真的方法。接着,我们将蚀刻衍射光栅的原理应用于1310nm蚀刻衍射光栅的设计中,设计并制作出了可用作高速以太网中1OOGbase-LR4系统的波分复用器,其通道间隔为4.5nm,并详细地分析了仿真与实验结果。对蚀刻衍射光栅的通带带宽进行了优化,引入弧形齿面的设计,制作得到了通带平坦的蚀刻衍射光栅。并详细介绍了蚀刻衍射光栅制作的关键工艺与整体流程。然后,基于多波导垂直集成技术介绍了模斑转换器的结构与原理...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２０２０年之前超大规模数据中心数量预测ｍ??１??
尤其进入２１世纪以来，随着移动互联网的繁荣和数据中心的兴起，以及云计算、大数据、??物联网等技术的提出与发展，人类全面进入大数据时代，“互联一切”成为可能，同时人??们对光通信和光互联的依賴和期望也更高。如图１－１与丨－２所示，预计２０２０年在全球范围??内，超大规模的数据中心将增长至４８５个，将占所有已安装的数据中心服务器的４７％；在??２０２０年，全球范围的数据中心年度ＩＰ流量将达到１５．３ＺＢ，是２０１５年的３倍！７】。随之而来??的是市场对光网络中的半导体激光器、调制器、探测器、波分复用器等核心器件的巨大需??求与要求。??６００?仍?５０％??４３％＾？?４５％??５００?■概??４００?圓■舰??，■國■?３０％??謂??２０１５?２０１６?２０１７?２０１３?２０１９?２０２０??Ｓｏｕｒｃｅ：?Ｃ?ｓｃｏ?Ｇｌｏｂａｌ?Ｃｌｏｕｄ?Ｉｎｄｅｘ．?２０１５－２０２０：?Ｓｙｎｅｒｇｙ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ??图１－１?２０２０年之前超大规模数据中心数量预测ｍ??１??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]损耗均匀且平顶的蚀刻衍射光栅波长路由器[J]. 穆鸽,何建军. 光学学报. 2016(06)
[2]Echelle dif fraction grating based high-resolution spectrometer-on-chip on SiON waveguide platform[J]. 马骁,何建军,李明宇. Chinese Optics Letters. 2013(03)
[3]标量衍射理论模拟蚀刻衍射光栅[J]. 盛钟延,何赛灵,何建军. 光电工程. 2001(06)
[4]蚀刻衍射光栅设计的一点法与二点法[J]. 中国计量学院学报. 2001(02)
[5]二维消像差平面场型凹面光栅的设计与成像分析[J]. 赵春华,朱祖华,陈抗生,杨易. 光学学报. 1998(08)
博士论文
[1]基于磷化铟集成波导光栅的波分复用和路由器件研究[D]. 穆鸽.浙江大学 2016
[2]基于刻蚀衍射光栅的芯片光谱仪研究[D]. 马骁.浙江大学 2013
[3]陈列波导光栅的理论建模与优化设计及其实验研究[D]. 戴道锌.浙江大学 2005
[4]基于绝缘体上的硅材料的刻蚀光栅式分波合波器研究[D]. 王文辉.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2004
本文编号：2921269
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?２０２０年之前超大规模数据中心数量预测ｍ??１??
尤其进入２１世纪以来，随着移动互联网的繁荣和数据中心的兴起，以及云计算、大数据、??物联网等技术的提出与发展，人类全面进入大数据时代，“互联一切”成为可能，同时人??们对光通信和光互联的依賴和期望也更高。如图１－１与丨－２所示，预计２０２０年在全球范围??内，超大规模的数据中心将增长至４８５个，将占所有已安装的数据中心服务器的４７％；在??２０２０年，全球范围的数据中心年度ＩＰ流量将达到１５．３ＺＢ，是２０１５年的３倍！７】。随之而来??的是市场对光网络中的半导体激光器、调制器、探测器、波分复用器等核心器件的巨大需??求与要求。??６００?仍?５０％??４３％＾？?４５％??５００?■概??４００?圓■舰??，■國■?３０％??謂??２０１５?２０１６?２０１７?２０１３?２０１９?２０２０??Ｓｏｕｒｃｅ：?Ｃ?ｓｃｏ?Ｇｌｏｂａｌ?Ｃｌｏｕｄ?Ｉｎｄｅｘ．?２０１５－２０２０：?Ｓｙｎｅｒｇｙ?Ｒｅｓｅａｒｃｈ??图１－１?２０２０年之前超大规模数据中心数量预测ｍ??１??
通常一个接收器，需要将探测器（Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ，?ＰＤ），跨阻抗放大器（Ｔｒａｎｓ－Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ??Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＴＩＡ）和解复用器（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ，ＤＭＴＪＸ?）集成为一个光接收模块（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ??Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｓｕｂ－Ａｍｍｅｍｂｌｙ，?ＲＯＳＡ），其结构组成如图１－４所不，光从光纤输入，经解复用器??分光之后，不同波长的光分别进入探测器中，实现光信号至电信号的转换。??（?Ｖ??ＰＩＮ?ＰＤ?—＞?Ｔ１Ａ?＞?Ｌａｎｅ?０?（１２９５．５６?ｎｍ）??２５Ｇ??Ｉｎｐｕｔ?＾￣＞?ＰＩＮ－ＰＤ?＿＞?ＴＩＡ?＞?Ｌａｎｅ?１?（１３００．０５?ｎｍ）???令?＜５?２５Ｇ??ｑ?ＰＩＮ－ＰＤ?＿＿＾?ＴＩＡ?＞?Ｌａｎｅ?２?（１３０４．５８?ｎｍ）??￣＞?ＰＩＮ?ＰＤ?—＞?ＴＩＡ?＞?Ｌａｎｅ?３?（１３０９．１４?ｎｍ）??、?＞??图１－４光接收模块结构示意图??目前，根据集成方式的不同，可分为以下几类：??１．２．１基于分立元件集成的接收器??Ｊ?Ｍｉｃｒｏ－ｌｅｎｓ?ａｒｒａｙ?（ＧＲＩＮ）??一??Ｒｅｃｅｄｅ?＿?［?／?ＰＬＣ－ＡＷＧ?／?ＪＦ?ｃａｒｒｉｅｒ??（ＬＣ）?＊■?ｒ?Ｎ?４＇Ｃｈ?ＴＩＡ?／?—?Ｓｐａｃｅｒ??＼?广
【参考文献】：
期刊论文
[1]损耗均匀且平顶的蚀刻衍射光栅波长路由器[J]. 穆鸽,何建军. 光学学报. 2016(06)
[2]Echelle dif fraction grating based high-resolution spectrometer-on-chip on SiON waveguide platform[J]. 马骁,何建军,李明宇. Chinese Optics Letters. 2013(03)
[3]标量衍射理论模拟蚀刻衍射光栅[J]. 盛钟延,何赛灵,何建军. 光电工程. 2001(06)
[4]蚀刻衍射光栅设计的一点法与二点法[J]. 中国计量学院学报. 2001(02)
[5]二维消像差平面场型凹面光栅的设计与成像分析[J]. 赵春华,朱祖华,陈抗生,杨易. 光学学报. 1998(08)
博士论文
[1]基于磷化铟集成波导光栅的波分复用和路由器件研究[D]. 穆鸽.浙江大学 2016
[2]基于刻蚀衍射光栅的芯片光谱仪研究[D]. 马骁.浙江大学 2013
[3]陈列波导光栅的理论建模与优化设计及其实验研究[D]. 戴道锌.浙江大学 2005
[4]基于绝缘体上的硅材料的刻蚀光栅式分波合波器研究[D]. 王文辉.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2004
本文编号：2921269
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