全光波長轉(zhuǎn)換及全光信號處理集成器件的研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，人們對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求。通過波分復用(WDM)等技術(shù)，光纖中可以傳輸極大的數(shù)據(jù)量。然而，在路由節(jié)點或光網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心，光纖中的光信號將被解復用、同步、整形、再生、提取頭信息、轉(zhuǎn)換波長后再路由到下一鏈路，這一過程中還有很多功能依賴于電域處理。光-電-光(O-E-O)轉(zhuǎn)換成為制約通信帶寬的重要因素。全光通信是指將光信號的處理更多實現(xiàn)在光層面，跨越電子瓶頸，在更低功耗、更低成本的情況下獲得更大帶寬。這是通信網(wǎng)絡(luò)

2、的一個重要發(fā)展方向。本文基于半導體光放大器(SOA)的交叉調(diào)制和半導體激光器的注入鎖定原理，提出了全光波長轉(zhuǎn)換和觸發(fā)式光緩存的實現(xiàn)方式。
　　V型耦合腔激光器(VCL)是一種基于半波耦合器選模，通過兩個有微小光程差的諧振腔的游標效應(yīng)實現(xiàn)大范圍波長調(diào)諧并有很高的邊模抑制比(SMSR)的激光器。它不需要光柵，制作工藝簡單，十分便于集成。本文基于Ⅲ-Ⅴ位移量子阱集成平臺(Offset QuantumWell Integration Pl

3、atform)，優(yōu)化了量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合V型耦合腔激光器，提出了延時馬赫曾德干涉型(DI-MZI)的SOA交叉相位調(diào)制(XPM)波長轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，包括延時波導、多模干涉耦合器(MMI)、SOA、有源無源耦合器等器件，可實現(xiàn)10Gb/s歸零碼型全光波長轉(zhuǎn)換，獲得10dB以上消光比。將此結(jié)構(gòu)進行擴展與級聯(lián)，我們提出了一種光纖間信道的全光路由體系。
　　憑借成熟的CMOS工藝、低廉的價格及高折射率差，Si成為理想的光路集成平臺。然而Si為

4、間接帶隙半導體，并不適用于做發(fā)光器件，因此，Ⅲ-Ⅴ/Si是實現(xiàn)超緊湊光子集成系統(tǒng)一個重要途徑，通過結(jié)合Ⅲ-Ⅴ材料的高發(fā)光效率，可以實現(xiàn)有源無源器件的片上集成。本文基于聚合物BCB輔助晶片鍵合(DVS-BCB Adhesive Layer Bonding)，完成了混合集成平臺的非歸零碼(NRZ)12.5Gb/s單SOA的全光波長轉(zhuǎn)換，并在40Gb/s下獲得清晰眼圖。SOA有源長度僅為500μin。在40Gb/s時，10-5誤碼率下，功率代

5、價小于3dB，轉(zhuǎn)換波長覆蓋1545 nm到1560nm，功耗小于250mW。
　　除了光纖通信領(lǐng)域，在微波無線通訊中，也可以用光學方法得到更高效、便捷的解決方案。雙波長激光器可以通過拍頻獲得太赫茲(THz)信號載波，并把此信號通過光纖傳輸，以極低損耗，覆蓋更大范圍，消除無線信號盲區(qū)。本文提出了一種基于SOI混合集成平臺的雙波長激光器，通過微環(huán)上覆蓋光柵，達到對稱單模劈裂，通過調(diào)節(jié)光柵反射系數(shù)及微環(huán)與波導的耦合系數(shù)，可以獲得0～1n

6、m波長間隔可變的雙波長激光。
　　SOA在用于交叉調(diào)制時，需要工作在飽和區(qū)，伴以高功率的光信號注入。并且，為了獲得更快的載流子回復時間，需要有大電流注入，這就伴隨而來高功耗及芯片散熱問題。在器件緊密集成的時候，熱串擾是影響芯片性能的一個重要因素。為了能使芯片更為緊湊，功耗更低，基于VCL，我們實現(xiàn)了2.5Gb/s200 GHz信道間隔的NRZ波長轉(zhuǎn)換，消光比(ER)達4dB以上，邊模抑制比(SMSR)達36dB。
　　通過對