基于Si基的MMI設(shè)計制作及其在全光信號處理中的應(yīng)用.pdf

1、光纖通信技術(shù)自問世以來，對人們的生活產(chǎn)生了重大的影響，而隨著光通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，高速率、低功耗和集成化越來越成為人們追求的目標(biāo)。而早在20世紀(jì)70年代，集成光路的思想就被提出，隨著研究的深入，基于硅基的集成芯片取得了越來越多的突破，使其成為今后集成化必然的趨勢。研究基于硅基的有源和無源器件就具有重要的意義，尤其是基于硅基器件的全光信號處理，已成為硅基集成芯片研究的熱點之一。
　　多模干涉耦合器（MMI）具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝制作簡單

2、、工藝容差性大等優(yōu)點，得到了廣泛的研究和應(yīng)用，比如充當(dāng)功分器、構(gòu)成馬赫曾德型光開關(guān)、調(diào)制器、解調(diào)器、激光器以及陣列波導(dǎo)光柵等。本論文的研究重點就是將基于硅基的MMI用于全光信號處理中，論文首先將詳細(xì)介紹MMI的基礎(chǔ)理論知識，設(shè)計方法以及加工工藝。然后將設(shè)計和制作基于MMI的功能器件，同時將這些器件用于全光信號處理中，比如全光多信道碼型轉(zhuǎn)換、雙偏振態(tài)信號處理以及相干接收的關(guān)鍵器件等等。概括全文，主要的研究成果和貢獻(xiàn)可以總結(jié)為以下幾個方面：

3、
　?、欧治隽薓MI的基本原理，介紹了基于普通折射率限制波導(dǎo)和光子晶體波導(dǎo)的MMI分析方法及應(yīng)用。詳細(xì)介紹了MMI的加工工藝，同時詳細(xì)討論了基于不同結(jié)構(gòu)的SOI的光柵和MMI的設(shè)計、制作以及測試方法。為后續(xù)的基于硅基的MMI的全光信號處理打下了堅實的理論以及工藝基礎(chǔ)。
　　⑵對MMI在WDM全光信號處理中應(yīng)用進(jìn)行了理論和實驗的研究。介紹了基于硅基MMI的DI的設(shè)計和制作方法，制作出了性能優(yōu)良的DI。在此基礎(chǔ)上制作了DI級聯(lián)A

4、WG的集成器件，同時將此器件用在了WDM信號處理中。利用DI級聯(lián)AWG實現(xiàn)了4×40Gb/s情況下RZ到NRZ信號的碼型轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了4×20Gb/s情況下DPSK信號解調(diào)同時結(jié)合非線性器件SOA實現(xiàn)了4×20Gb/s情況下多信道的NRZ到RZ信號的碼型轉(zhuǎn)換。這在國際上是首次利用集成的DI和AWG進(jìn)行信號處理。
　?、菍MI在雙偏振態(tài)信號處理中的應(yīng)用進(jìn)行了理論和實驗的研究。分析了雙偏振態(tài)信號處理的意義同時介紹了傳統(tǒng)的利用集成器件來

5、實現(xiàn)雙偏振態(tài)信號處理的方法，提出了利用2D光子晶體光柵級聯(lián)非線性器件來進(jìn)行雙偏振態(tài)信號處理的方法。創(chuàng)造性地提出了2D光子晶體光柵和DI組成環(huán)形結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)雙偏振態(tài)信號處理的方法，同時進(jìn)行了理論分析、工藝制作以及實驗驗證。這種結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，工藝設(shè)計制作更加簡單，同時也大大地減小了集成器件的尺寸。
　　⑷理論和實驗研究了MMI在相干接收中的應(yīng)用。提出了一種建構(gòu)緊湊的基于MMI和光子晶體的用于雙偏振態(tài)QPSK信號解調(diào)的方案，并進(jìn)行了

6、理論模擬和分析。同時設(shè)計和制作了基于硅基的4×4MMI用作相干接收中的關(guān)鍵器件90°hybrid，在此基礎(chǔ)上制作了4×4MMI級聯(lián)AWG并進(jìn)行了測試。
　?、衫碚摵蛯嶒炑芯苛嘶诠庾泳w的MMI在全光信號處理中的應(yīng)用。比較和分析了不同結(jié)構(gòu)的光子晶體對MMI尺寸的影響。提出了基于光子晶體MMI的180°hybrid和90°hybrid，并進(jìn)行理論模擬分析。同時進(jìn)行了基于光子晶體的MMI設(shè)計和制作，提出了一種減小硅基波導(dǎo)和光子晶體波導(dǎo)