硅基高速波长可调激光器

发布时间：2022-01-09 19:50

　　随着通信网络业务量迅速增长,光纤通信技术因其带宽容量大、传输串扰小等特点,被迅速运用于通信网络,且通信网络有向全光网发展的趋势。光交换作为全光网中的关键一环,其中光分组交换技术因速率高、大容量、带宽利用率高、可配置性高等优点而被广泛关注。光分组交换技术要求实现ns级的交换速率,所以应用于光分组交换中的波长可调激光器也必须能实现ns级的波长切换,这样才不至于在网络中产生太长的时滞,从而有效减少光网络的拥塞延时,增加传输能力。硅基光子集成技术具有低成本、易集成度与CMOS技术兼容等优点,是实现未来高速光通信的重要手段,因此本论文的主要研究目标是实现波长调谐速率在ns级的硅基高速波长可调激光器。针对此研究目标,本论文工作基于两种硅基材料展开,第一种是基于绝缘衬底上硅（SOI,Silicon On Insulator）材料,对其进行离子掺杂形成PIN结,利用等离子色散效应改变硅波导的折射率。第二种是基于硅基铌酸锂（LNOI,Lithium Niobate On Insulator）薄膜材料,利用其较强的电光效应使材料折射率随电压线性变化。本论文的主要内容和研究成果如下:1.设计了一种硅基PIN... 

【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】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

激光器谐振腔示意图

浙江大学硕士学位论文硅基高速选模结构基本原理10同光波长下对硅材料折射率的影响，可以看到，在1.07μm波段附近，电场引起的折射率变化比较大。图2.2不同光波长下的电折射图[40]另一主要的效应为克尔效应，克尔效应是一种非线性效应，其对硅材料折射率的影响与电场的平方成正比，使用Moss等人[41]的模型可对克尔效应导致的折射率变化进行估算：2222420n=3e(n1)E/2nMωχ(2.5)其中，e为电子电荷量，M为有效质量，n为未受影响时的折射率，0和χ为估算模型所采用的谐振器的谐振频率和平均谐振位移。2.1.3等离子色散效应硅的电光效应中利用最多的为等离子色散效应，即通过向硅波导掺杂使杂质电离的方式或者载流子注入的方式，使光波导中的电子和空穴浓度发生变化，从而影响硅波导的折射率。(2.6)、(2.7)为著名的折射率与吸收系数受载流子浓度变化的影响公式：2222**0(/8)[//]ecehchn=eλπcεnNm+Nm(2.6)3223**0(/4)[//]eceehchhα=eλπcεnNmμ+Nmμ(2.7)目前利用该效应制作电光调制器件的技术已经非常成熟，主流的三种利用等

浙江大学硕士学位论文硅基高速选模结构基本原理12图2.3三种利用等离子色散效应做电光调制的波导结构2.2激光器无源外腔理论基础2.2.1微环谐振器单环一般由直波导以及单个微环构成，包括全通型（All-pass）单环结构以及上下话路型（add-drop）单环结构，二者的区别在于All-pass型单环结构包括一根直波导以及单个微环，直波导与微环之间存在着一个耦合区域与两个端口。add-drop型单环结构包括两个分布在微环两边的直波导以及单个微环，包括两个耦合区域和四个端口，即输入端（input）,直通端（through），上传端（add），下载端（drop）。以All-pass型单环为例，直波导与微环间的耦合区域是微环谐振腔里重要的一个结构，当两个波导靠的很近的时候，它们之间就会发生光束能量的传输[43]。如图2.4All-pass型单环结构的示意图，微环谐振腔中的波导耦合区域实现将直波导中的一部分光以倏逝波的形式耦合进入微环波导并在微环中传输，由于光是时间上连续输入的，所以耦合进微环的光传输一周后会在耦合区域与不断耦合进微环的光发生干涉。如果两束光相位一致，则干涉增强，发生谐振；如果两束光相位不一致则部分干涉增强或相消。图2.4All-pass型单环结构的示意图

【参考文献】：
硕士论文
[1]硅基混合集成激光器的实验研究[D]. 王超.浙江大学 2017



本文编号：3579336