硅納米光波導(dǎo)無(wú)源器件及功能集成.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)真正將人們帶入了信息全球化的時(shí)代，極大地促進(jìn)了信息數(shù)據(jù)的交互需求。而光通信網(wǎng)絡(luò)作為唯一可能提供支持的技術(shù)，正被這一不斷膨脹的需求所刷新。近年來(lái)，全球的骨干光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)陸續(xù)升級(jí)至單波長(zhǎng)100G速率的相干光通信系統(tǒng)，而下一代400G，乃至1T的光網(wǎng)絡(luò)也勢(shì)在必行?；诠杌牧掀脚_(tái)的集成光學(xué)芯片，由于具有與傳統(tǒng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的CMOS工藝相兼容的巨大成本優(yōu)勢(shì)，成為最具前景的技術(shù)之一，由其發(fā)展而來(lái)的研究熱點(diǎn)稱之為硅光子學(xué)。本文針對(duì)硅光子學(xué)這一熱

2、點(diǎn)課題，就硅納米線波導(dǎo)器件及其功能模塊集成進(jìn)行了細(xì)致的理論探索與實(shí)驗(yàn)求證。
　　首先，我們對(duì)硅納米線波導(dǎo)器件的工藝制作與測(cè)試表征進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)摸索，確立了快速而高效的電子束曝光工作模式，并針對(duì)耦合光柵的波長(zhǎng)敏感特性，確立了對(duì)器件響應(yīng)進(jìn)行歸一化補(bǔ)償?shù)谋匾?。基于此制作并測(cè)試表征了硅納米線波導(dǎo)的傳輸損耗在1.5～4.2dB/cm，設(shè)計(jì)優(yōu)化并實(shí)驗(yàn)制作了一系列基于硅納米線波導(dǎo)的無(wú)源器件，包括3dB功率分束器、微反射器以及基于陣列波導(dǎo)光柵

3、(ArrayedWaveguide Grating，AWG)的波分復(fù)用器件。所有器件的工藝重復(fù)性良好。
　　其次，我們研究了基于馬赫曾德干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)結(jié)構(gòu)的熱光調(diào)諧器件。實(shí)驗(yàn)制作的8通道反射式熱光可調(diào)光衰減器的動(dòng)態(tài)范圍均超過(guò)了30dB。此外，我們研制了基于彎曲定向耦合器的超寬帶MZI熱光開(kāi)關(guān)，獲得了小于1dB的插入損耗和超過(guò)20dB的消光比，其工作帶寬超過(guò)了140nm。進(jìn)一

4、步，我們將兩個(gè)全同AWG與八個(gè)超寬帶低損耗熱光開(kāi)關(guān)進(jìn)行了單片集成，實(shí)現(xiàn)了較為復(fù)雜的可重構(gòu)光分插復(fù)用器功能模塊，其各個(gè)波長(zhǎng)通道、路徑通道的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)范圍均超過(guò)了20dB。
　　最后，我們基于常規(guī)的AWG結(jié)構(gòu)，并充分利用其結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)AWG對(duì)兩路信號(hào)的雙向傳輸功能?；谶@一特性，我們首先將梳狀濾波器與單個(gè)雙向AWG相級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了通道間隔為200GHz的波分解復(fù)用器，而性能可比于通道間隔為400GHz的波分解復(fù)用器。其次，我們