用于高速光通信系统的基于绝缘体上硅材料平台的刻蚀衍射光栅器件

发布时间：2017-10-26 02:08

  本文关键词：用于高速光通信系统的基于绝缘体上硅材料平台的刻蚀衍射光栅器件

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【摘要】：现代社会飞速发展,人们与互联网的关系越发密切,移动通信、大数据、云计算等新兴互联网模式不断出现,使得通信领域的信息传输容量正在以指数的形式增长。无论是以太网系统还是数据中心都对通信的速率和能耗等性能方面提出了更高的要求。而传统的光收发模块和关键光电路由器件在尺寸和功耗上都已经不能满足需求。硅基集成的光子器件以光子为信息载体,不仅具有超高带宽、超快传输速率、抗电磁干扰和低能耗等优势,而且使得超紧凑、高集成度的光子集成器件成为可能。具有波分复用功能的光子器件由于能在单根光波导中同时实现多个波长的多路信号传输,是高速光通信系统中非常重要的元件。本论文将主要研究基于绝缘体上硅材料的波分复用器件：刻蚀衍射光栅(EDG, Etched Diffraction Grating)。本文首先详细地介绍了刻蚀衍射光栅的基本原理,包括它的几何结构、工作原理和基本特性。给出了刻蚀衍射光栅的设计方法和数值仿真方法。接着,针对高速光通信系统中的全光路由的应用,在硅层厚度为220nm的SOI材料上设计制作出了通道间隔为10nm的基于刻蚀衍射光栅的4x4光波长路由器。详细地分析了刻蚀衍射光栅路由器的设计原理和仿真结果,并且介绍了其制作的关键工艺和整体流程；最后给出了器件的测试结果,并对其损耗均匀性问题进行了分析且提出了相关改善方法。然后,设计和制作了通道间隔分别为20 nm和4.5 nm的偏振不敏感的刻蚀衍射光栅,这些器件可用作高速以太网中40/100Gbase-LR4系统的波分复用器。提出了基于硅层厚度为3μm的SOI材料平台的偏振不敏感的刻蚀衍射光栅的设计；详细地分析了降低由于高阶模而引入的串扰的设计原理和方法,给出了器件的整体结构设计及仿真结果；接着对器件制作的关键工艺和流程进行了介绍；最后给出了测试结果,并对结果进行了分析。
【关键词】：集成光子器件 绝缘体上硅 刻蚀衍射光栅 波长路由器 解/波分复用器 偏振不敏感
【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】：TN929.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 高速光通信系统9-14
• 1.1.1 光收发模块9-12
• 1.1.2 光子交换芯片12-14
• 1.2 不同材料平台的EDG14-19
• 1.3 本论文的主要研究内容和章节安排19-20
• 2 刻蚀衍射光栅的基本原理、设计与仿真20-29
• 2.1 引言20-21
• 2.2 EDG的基本原理21-24
• 2.2.1 EDG的几何结构21
• 2.2.2 EDG的工作原理21-23
• 2.2.3 EDG的基本特性23-24
• 2.3 EDG设计及仿真24-29
• 2.3.1 EDG的设计方法24-27
• 2.3.2 EDG的数值仿真27-29
• 3 基于220nm SOI平台的刻蚀衍射光栅波长路由器29-56
• 3.1 引言29-32
• 3.2 EDGR的设计32-38
• 3.2.1 EDGR的整体设计流程32-33
• 3.2.2 EDGR的设计举例33-36
• 3.2.3 EDGR的总体布局和仿真结果分析36-38
• 3.3 基于220nm SOI平台的EDGR制作工艺38-46
• 3.3.1 主要工艺39-43
• 3.3.2 EDGR制作的整体工艺流程43-46
• 3.4 基于220 nm SOI平台的EDGR测试结果及分析46-50
• 3.4.1 EDGR制作结果46
• 3.4.2 EDGR测试结果46-50
• 3.5 EDGR损耗不均匀问题分析50-56
• 3.5.1 损耗不均匀性产生的原因50-53
• 3.5.2 改善损耗不均匀性的方法53-56
• 4 基于3μmSOI平台面向LR4应用的EDG波分复用器56-78
• 4.1 引言56-58
• 4.2 基于3μm SOI平台的EDG的设计及仿真58-65
• 4.2.1 SOI材料及波导结构的选择58-61
• 4.2.2 整体结构设计及其仿真61-65
• 4.3 基于3μmSOI平台的EDG的制作65-73
• 4.3.1 关键工艺65-70
• 4.3.2 整体工艺流程70-73
• 4.4 基于3μmSOI平台的EDG的测试及结果分析73-78
• 4.4.1 EDG的制作结果73-74
• 4.4.2 EDG的测试结果74-78
• 5 总结与展望78-80
• 参考文献80-87
• 作者简介87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 马骁;何建军;李明宇;;Echelle dif fraction grating based high-resolution spectrometer-on-chip on SiON waveguide platform[J];Chinese Optics Letters;2013年03期

2 盛钟延,何赛灵,何建军;标量衍射理论模拟蚀刻衍射光栅[J];光电工程;2001年06期

3 赵春华,朱祖华,陈抗生,杨易;二维消像差平面场型凹面光栅的设计与成像分析[J];光学学报;1998年08期

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本文编号：1096520