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(xiàng)目展開的：以任曉敏教授為首席科學(xué)家的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)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(guó)家高科技研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目“用于可重構(gòu)分插復(fù)用具有波長(zhǎng)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(jì)劃（111計(jì)劃）項(xiàng)目“通信與網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)創(chuàng)新引智基地"（No.B07005）；國(guó)際科技合作重點(diǎn)項(xiàng)目計(jì)劃項(xiàng)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(duì)通信帶寬的需求不斷增長(zhǎng)，推動(dòng)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(duì)于在長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)解復(fù)用接收則是波分復(fù)用技術(shù)能夠應(yīng)用于實(shí)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(zhǎng)選擇性的，高速、高量子效率、窄線寬、可調(diào)諧光探測(cè)器，以及單片集成光探測(cè)器陣列；并對(duì)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?shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備和工藝技術(shù)，通過大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)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(cè)器的設(shè)計(jì)，在大失配異質(zhì)外延生長(zhǎng)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(cè)器?；诖笫洚愘|(zhì)外延技術(shù)實(shí)現(xiàn)了GaAs/A1GaAs的F-P諧振腔與InP基的p-i-n光探測(cè)器的單片集成。器件具有大的波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍（>10nm）、窄的光譜線寬（<0.5nm），同時(shí)，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(zhǎng)處理功能的單片集成光探測(cè)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(zhǎng)處理功能的單片集成光探測(cè)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(jì)并實(shí)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(cè)試結(jié)果顯示，可以實(shí)現(xiàn)四路波長(zhǎng)的探測(cè)。最大峰值量子效率達(dá)到20％，最大波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍為10nm，調(diào)諧功率與可調(diào)諧波長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)波長(zhǎng)四鏡三腔光探測(cè)器。利用InP/GaAs大失配異質(zhì)外延技術(shù)實(shí)現(xiàn)光子集成，通過多腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)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(shí)RCE結(jié)構(gòu)也保證了高

7、量子效率的實(shí)現(xiàn)。實(shí)際制備的器件響應(yīng)波長(zhǎng)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(cè)器，該結(jié)構(gòu)可以緩解傳統(tǒng)RCE光探測(cè)器帶寬與效率之間的相互限制。理論分析得出對(duì)于0.2μm厚的吸收層，在1550nm波長(zhǎng)處器件的量子效率可達(dá)到93％，在高速響應(yīng)方面，臺(tái)面積為30μmx30μm時(shí)，器件的頻率響應(yīng)3dB帶寬亦可以達(dá)到26GHz。