高速硅基光逻辑门的研究

发布时间：2023-02-09 09:32

　　随着人类对信息量的需求呈爆炸式增长,为了避免电子瓶颈,构建全光通信网络迫在眉睫。而光逻辑门作为其中的关键器件,在全光网络中有着极其重要的作用。不过目前已经出现的光逻辑门器件都或多或少存在着缺陷,比如:基于SOA(semiconductor optical amplifier)或者非线性光纤的光逻辑门都存在功率过高,响应时间长或者集成度低等缺点。未来光纤通信的发展方向是高速率、高带宽、低能耗、小型化,光逻辑门作为光通信系统中不可或缺的组成部分,也必须满足高消光比、高调制器速率、宽调制带宽、低插入损耗、低能量损耗、小尺寸、易于集成等苛刻要求。本文的研究工作主要围绕高速的硅基光逻辑门器件开展。本文首先基于介质平板波导理论、热光效应及调制器的工作原理等理论设计出了一种硅基衬底上的聚合物热光或非(NOR)逻辑门。模拟结果显示,利用聚合物较大的热光系数及优化的结构参数设计,热光逻辑门的功耗为6 mW,器件的全部尺寸约为300 mm2。然后利用旋转涂覆、真空镀膜、接触曝光、反应离子刻蚀(RIE)、切割抛光等工艺,在实验上成功制备出了聚合物热光逻辑门芯片。测试结果表明,测得其功耗为28.2 mW,插损...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光逻辑门的发展现状
        1.2.1 基于半导体光放大器(SOA)的全光逻辑门
        1.2.2 基于非线性光纤的全光逻辑门
        1.2.3 其他类型的全光逻辑门
    1.3 本文主要工作内容
第二章 硅基聚合物热光逻辑门的设计
    2.1 相关材料的选取
        2.1.1 ZPU芯层和包层材料及其参数
        2.1.2 响应特性的影响因素
        2.1.3 Al电极
    2.2 矩形波导的有效折射率分析法
    2.3 矩形波导单模传输条件与尺寸的确定
    2.4 硅基聚合物或非逻辑门的结构设计
    2.5 热光逻辑门的性能模拟
    2.6 本章小结
第三章 硅基聚合物热光逻辑门的制备与测试
    3.1 制备工艺流程和相关设备简介
        3.1.1 制备工艺流程的确定
        3.1.2 相关设备简介
    3.2 实验制备过程
    3.3 热光逻辑门性能参数
    3.4 热光逻辑门的测试
        3.4.1 静态工作特性的测试
        3.4.2 动态工作特性的测试
    3.5 低功耗数字型聚合物热光逻辑门测试结果与分析
    3.6 本章小结
第四章 高性能SOI基电光逻辑门的设计
    4.1 SOI材料简介
    4.2 SOI光波导的特性分析
        4.2.1 SOI脊波导的传输模式分析
        4.2.2 光波导模的截止与单模条件
    4.3 硅基载流子色散效应的理论基础
    4.4 常见的硅光电器件的电学结构
    4.5 电光逻辑门的结构设计
    4.6 电光逻辑门的性能分析
    4.7 本章小结
第五章 基于石墨烯的电吸收型光逻辑门的设计
    5.1 石墨烯材料简介
    5.2 石墨烯电吸收调制的基本理论
        5.2.1 石墨烯电吸收调制的机理
        5.2.2 石墨烯的参数及其化学势
    5.3 基于石墨烯的双逻辑门的设计
    5.4 双逻辑门的性能分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 前景展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的成果



本文编号：3738650