用于WDM光網(wǎng)絡(luò)的集成解復(fù)用接收器件的研究.pdf

1、本論文工作是圍繞以下項目展開的：以任曉敏教授為首席科學(xué)家的國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目“新一代通信光電子集成器件及光纖的重要結(jié)構(gòu)工藝創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究”（No.2003CB314900）；國家高科技研究發(fā)展計劃（863計劃）項目“用于可重構(gòu)分插復(fù)用具有波長處理機(jī)制的平面光集成解復(fù)用接收器件的研究”（No.2007AA03Z418），“自主創(chuàng)新單片集成高性能可調(diào)諧解復(fù)用光接收器件”（No.2006AA03Z416）；高等學(xué)校學(xué)科

2、創(chuàng)新引智計劃（111計劃）項目“通信與網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)創(chuàng)新引智基地"（No.B07005）；國際科技合作重點(diǎn)項目計劃項目“基于微尺度效應(yīng)和技術(shù)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料及器件”（No.2006DFB11110）。
　　 近幾年來，對通信帶寬的需求不斷增長，推動了光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光波分復(fù)用技術(shù)作為其中的支撐技術(shù)獲得了人們的極大關(guān)注。對于在長途骨干傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用，波分復(fù)用技術(shù)已獲得了長足的發(fā)展；然而另一方面，基于波分復(fù)用技術(shù)的全光網(wǎng)絡(luò)的

3、研究尚處于方興未艾的階段。作為其中關(guān)鍵技術(shù)之一的波長解復(fù)用接收則是波分復(fù)用技術(shù)能夠應(yīng)用于實際通信系統(tǒng)并發(fā)揮自身強(qiáng)大功能的保證。
　　 本論文集中研究了波分復(fù)用系統(tǒng)中的集成解復(fù)用接收技術(shù)與器件，主要包括具有波長選擇性的，高速、高量子效率、窄線寬、可調(diào)諧光探測器，以及單片集成光探測器陣列；并對其在可重構(gòu)光分插復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討?；诒緦嶒炇椰F(xiàn)有的設(shè)備和工藝技術(shù)，通過大量的理論分析和實驗工藝探索，取得的主要研究成果如下所述：<

4、br>　　 1.完成了可調(diào)諧光探測器的設(shè)計，在大失配異質(zhì)外延生長方面取得了重要進(jìn)展，并且解決了可調(diào)諧電極制作的工藝難點(diǎn)。制備了1550nm GaAs-DBRs/InP-PD單片集成可調(diào)諧光探測器?；诖笫洚愘|(zhì)外延技術(shù)實現(xiàn)了GaAs/A1GaAs的F-P諧振腔與InP基的p-i-n光探測器的單片集成。器件具有大的波長可調(diào)諧范圍（>10nm）、窄的光譜線寬（<0.5nm），同時，峰值量子效率達(dá)到20％，3dB響應(yīng)帶寬達(dá)到8.2GHz。<

5、br>　　 2.提出了具有階梯腔的新型法布里--珀羅濾波器結(jié)構(gòu)。解決了多階梯腔制備的工藝難點(diǎn)，為成功制備具有波長處理功能的單片集成光探測器陣列提供了新的途徑。
　　 3.成功制備了基于多階梯諧振腔結(jié)構(gòu)的具有波長處理功能的單片集成光探測器陣列；并且探索了苯并環(huán)丁烯樹脂（BCB樹脂）作為鍵合材料的光子集成制作工藝。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計并實現(xiàn)了一種用于ROADM技術(shù)的集成解復(fù)用接收器件，該集成器件作為ROADM設(shè)備中的關(guān)鍵組成部分能夠完

6、成解復(fù)用接收功能。器件測試結(jié)果顯示，可以實現(xiàn)四路波長的探測。最大峰值量子效率達(dá)到20％，最大波長可調(diào)諧范圍為10nm，調(diào)諧功率與可調(diào)諧波長線性相關(guān)，每條光譜響應(yīng)曲線的線寬都小于0.5nm，3dB響應(yīng)帶寬達(dá)到10GHz。
　　 4.成功實現(xiàn)了長波長四鏡三腔光探測器。利用InP/GaAs大失配異質(zhì)外延技術(shù)實現(xiàn)光子集成，通過多腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計，實現(xiàn)了量子效率與頻率響應(yīng)之間的解耦，薄的吸收層保證了高速頻率響應(yīng)的獲得，同時RCE結(jié)構(gòu)也保證了高

7、量子效率的實現(xiàn)。實際制備的器件響應(yīng)波長為1550nm，峰值量子效率接近70％，其光譜線寬為0.5nm，3dB響應(yīng)帶寬大于8GHz。
　　 5.提出了一種具有雙吸收層結(jié)構(gòu)的RCE光探測器，該結(jié)構(gòu)可以緩解傳統(tǒng)RCE光探測器帶寬與效率之間的相互限制。理論分析得出對于0.2μm厚的吸收層，在1550nm波長處器件的量子效率可達(dá)到93％，在高速響應(yīng)方面，臺面積為30μmx30μm時，器件的頻率響應(yīng)3dB帶寬亦可以達(dá)到26GHz。