面向光互连的硅基片上复用器件的研究

发布时间：2017-09-29 14:33

  本文关键词：面向光互连的硅基片上复用器件的研究

  更多相关文章： 集成光路 光互连 硅纳米线波导 模式复用技术 偏振复用技术 偏振敏感器件 波分复用技术

【摘要】：随着通信技术的发展,尤其各种智能设备的普及应用,以数据存储、传输、处理为基础的“大数据时代”对于通信网络的传输提出了更高的要求。集成光学凭借其体积小、低能耗、大带宽等优点,在光互连、光通信等领域获得越来越多的青睐。尤其硅光子学其同CMOS工艺相兼容的优势,使光集成芯片与电集成芯片的混合集成成为可能,在诸如芯片间、芯片内部采用光互连的技术可突破电互连在带宽、功耗等方面的瓶颈。为了进一步的拓展片上光互连的带宽,本文基于硅纳米线波导在片上复用技术方面做了一些工作。首先,本文结合耦合模理论对非对称定向耦合器进行了详尽的分析,对提出的采用级联的非对称定向耦合器结构的模式复用器的设计过程、波长、串扰特性以及工艺容差的影响进行了详尽的讨论。首次在片上实现了超小结构的四模式通道的模式(解)复用器,其串扰低于-20dB,插损小于0.5dB,具有优良的性能。其次,结合偏振复用技术本文提出一种同时实现偏振复用和模式复用技术的系统,进一步的增大光链路的带宽,并针对其关键器件偏振-模式混合复用器进行了深入的研究。首先对两种超小结构的偏振分束器——弯曲非对称定向耦合器型偏振分束器和级联非对称定向耦合器型的偏振分束器的设计原理、器件的设计过程进行了分析,并给出了其实验结果。利用级联非对称定向耦合器型的偏振分束器和非对称定向耦合器设计实现了一个同时实现四个TE模式和四个TM模式复用的八通道的偏振-模式混合(解)复用器,并对其性能、工艺容差进行了详尽的阐述。实验结果显示八个通道的串扰均低于-11dB,同理论分析结果相吻合。在此基础上,提出一种利用光栅型起偏器的改进方案,将八通道的混合(解)复用器的串扰降低至-18dB以下。再次,结合成熟的波分复用器AWG,提出一种可同时实现波分复用技术和模式复用技术的超大带宽的64通道波分-模式混合(解)复用器。在此基础上,提出一种采用双向AWG设计的改进方案,减小AWG的数量,使其结构更为紧凑,同时也增强了工艺稳定性。改进后各通道的串扰约-14dB,为光互连带宽的提升提供了一种切实可行的解决方案。最后,我们总结全文的主要工作,并对片上复用技术的相关工作进行了展望。
【关键词】：集成光路 光互连 硅纳米线波导 模式复用技术 偏振复用技术 偏振敏感器件 波分复用技术
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN47
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 绪论16-30
• 1.1 集成光学概述16-18
• 1.2 光互连的兴起18-21
• 1.3 片上模式复用技术21-27
• 1.4 本文的主要内容和创新点27-30
• 第二章 硅基纳米线波导的模式特性及数值仿真方法30-40
• 2.1 硅纳米线波导的模式30-35
• 2.2 数值仿真方法35-38
• 2.2.1. BPM方法35-36
• 2.2.2. EME方法36-37
• 2.2.3. FDTD方法37-38
• 2.3 模式的计算38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 硅基器件的制作与测试40-52
• 3.1 硅基器件的制作40-45
• 3.2 器件的测试45-50
• 3.2.1. 端面耦合方法45-48
• 3.2.2. 垂直耦合法48-50
• 3.3 本章小结50-52
• 第四章 硅基四通道的模式复用器52-70
• 4.1 定向耦合器的设计52-58
• 4.2 硅基非对称定向耦合器型模式复用器的设计58-65
• 4.3 四通道模式复用器制作与实验结果分析65-67
• 4.4 本章小结67-70
• 第五章 硅基偏振-模式混合复用技术70-98
• 5.1 偏振-模式混合复用系统70-72
• 5.2 硅基偏振分束器72-82
• 5.2.1. 弯曲非对称定向耦合器型PBS73-78
• 5.2.2. 级联非对称定向耦合器型PBS78-82
• 5.3 硅基八通道偏振-模式混合复用器82-96
• 5.3.1. 器件的设计与分析82-91
• 5.3.2. 器件的制作与实验结果91-93
• 5.3.3. 器件性能的改进93-96
• 5.4 本章小结96-98
• 第六章 硅基波分-模式混合(解)复用器98-112
• 6.1 硅基64通道波分-模式(解)复用器的设计98-101
• 6.2 器件的制作与实验结果分析101-104
• 6.3 改进的64通道波分-模式混合(解)复用器104-109
• 6.4 本章小结109-112
• 第七章 总结与展望112-114
• 参考文献114-128
• 作者简历128
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文128-129

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邵永红,冯进良,姜耀亮,郑权,钱龙生;一种新型偏振无关光交错复用器的设计[J];光子学报;2004年05期

2 黄锴;杨秀芝;;复用器配置软件设计与实现[J];电视技术;2011年24期

3 惠战强;陈素果;;光网络中的光分/插复用器研究[J];西安邮电学院学报;2007年01期

4 吴林煌;杨秀芝;云桂桂;;复用器硬件平台的设计与实现[J];电视技术;2011年07期

5 裴文端;一种可编程复用器[J];无线电工程;1997年06期

6 徐光明,许士文;一种新型光插分复用器[J];半导体光电;2002年06期

7 王天枢,郭玉彬,袁国良,白冰;全光通信网中的光分/插复用器[J];吉林大学学报(信息科学版);2003年01期

8 ;WDM-4100 MPEG-2码流复用器[J];电视技术;2007年12期

9 曹介元，，杨开宇;用于光纤放大器的泵浦与信号复用器的研究[J];上海交通大学学报;1995年06期

10 徐苏勤;姚寿铨;刘勇峰;;平顶级联马赫-曾德尔型间插复用器的研制[J];上海大学学报(自然科学版);2005年06期

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 河南 赵长宽;无线数字电视前端机房复用器电源应急维修一例[N];电子报;2012年

2 王;凯创一个网络连接服务上千用户[N];中国计算机报;2001年

3 ;Image MASSter新式IDE驱动器复用器最大速度可达2GB/min[N];中国计算机报;2002年

4 周瑞麟;莆田邮政靠技术改造节支[N];人民邮电;2002年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王健;面向光互连的硅基片上复用器件的研究[D];浙江大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 罗杨;数字电视复用器远程控制方案的设计和实现[D];电子科技大学;2008年

2 黄水丽;中国移动多媒体广播系统复用器的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2008年

3 王玉欣;MPEG-2传输流复用器的FPGA实现[D];福州大学;2010年

4 邓松峰;基于FPGA的TS流复用器及其接口的设计与实现[D];电子科技大学;2007年

5 张磊;硅基二氧化硅单纤三向复用器设计制作及耦合封装研究[D];浙江大学;2014年

6 李婕;传输流复用器的FPGA建模与实现[D];华中科技大学;2005年

本文编号：942553