可重構(gòu)光分插復(fù)用器關(guān)鍵器件與技術(shù)的研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對信息服務(wù)的需求量與日俱增，社會對信息資源的依賴性越來越強(qiáng)。以全光信息處理為特征的智能光網(wǎng)絡(luò)和以光纖到戶為代表的信息服務(wù)寬帶化的進(jìn)程正在加速，光通信正向著超高速、超大容量、智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光纖通信演進(jìn)。
　　 由有源器件和無源器件組成的光分插復(fù)用器和光交叉連接設(shè)備，是全光通信網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備；而光電集成器件較之分立的光電組件具有超高速、多功能、低噪聲、高緊湊性、高可靠性、生

2、產(chǎn)的可重復(fù)性好、造價低等諸多優(yōu)點。因此研制集成化光電子器件已經(jīng)成為光通信領(lǐng)域的研究熱點之一，具有重大的實際意義。
　　 本論文工作是圍繞以任曉敏教授為首席科學(xué)家的國家重點基礎(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”（項目編號：2003CB314900）、黃永清教授承擔(dān)的國家高科技研究發(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”

3、（項目編號：2007AA03Z418）以及教育部“長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊發(fā)展計劃”（IRT0609）、“高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃”（B07005）等項目展開的。
　　 本論文針對可重構(gòu)光分插復(fù)用器關(guān)鍵器件和技術(shù)，著重研究了幾種關(guān)鍵器件以及楔形功能微結(jié)構(gòu)的理論及其制備工藝。目的在于先研制性能優(yōu)良易于集成的單元器件，然后使用楔形越層波導(dǎo)集成技術(shù)實現(xiàn)集成化器件。對易于集成的波導(dǎo)光開關(guān)、楔形波導(dǎo)在集成中的應(yīng)用以及新型InP基半導(dǎo)體激光器的設(shè)

4、計與制備工藝，都進(jìn)行了深入的理論分析和試驗研究，主要取得了以下成果：
　　 研究了可重構(gòu)光分插復(fù)用器的實現(xiàn)技術(shù)，分別對其中的關(guān)鍵單元器件與技術(shù)，包括光交換開關(guān)、楔形越層波導(dǎo)、半導(dǎo)體激光器、光電探測器、以及波分復(fù)用器，介紹了其實現(xiàn)技術(shù)、工作原理和發(fā)展?fàn)顩r等；根據(jù)項目需要，結(jié)合實驗室研究現(xiàn)狀，重點研究了基于平面光集成的ROADM技術(shù)，提出解復(fù)用/開關(guān)（矩陣）/復(fù)用ROADM設(shè)計方案。
　　 設(shè)計了采用InGaAsP/InP材

5、料，基于多模干涉耦合器的2×2馬赫-曾德爾光開關(guān)；理論分析了其工作原理和載流子注入調(diào)制折射率的幾種效應(yīng)；采用光束傳播法對光開關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和傳輸性能進(jìn)行了詳細(xì)的仿真計算；光開關(guān)被設(shè)計為偏振不敏感且結(jié)構(gòu)緊湊便于集成。優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計為實際器件的制備提供了理論指導(dǎo)。
　　 根據(jù)所設(shè)計的開關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，實際制備并測試了基于多模干涉耦合器的2×2馬赫曾德爾光開關(guān)；詳細(xì)介紹了其制備過程，包括器件版圖設(shè)計、外延結(jié)構(gòu)生長、制備工藝步驟等，總結(jié)了對

6、關(guān)鍵工藝的改進(jìn)；搭建光波導(dǎo)與光纖對準(zhǔn)耦合測試系統(tǒng)，對單個光開關(guān)進(jìn)行了性能測試；測得開關(guān)在注入電流達(dá)到43mA時實現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，開關(guān)在開狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)的串?dāng)_分別為-19.2dB和-14.3dB。所制作的光開關(guān)在DWDM和OXC系統(tǒng)中有著潛在的應(yīng)用。
　　 研究了波導(dǎo)與探測器集成的方式，分析了垂直楔形波導(dǎo)在非對稱雙波導(dǎo)集成器件中的應(yīng)用；提出在非對稱雙波導(dǎo)集成探測器中引入垂直楔形耦合波導(dǎo)的器件模型；模擬了垂直楔形波導(dǎo)中的模場分布，并使

7、用三維光束傳播法對垂直楔形波導(dǎo)的耦合特性進(jìn)行了計算；分析了楔形波導(dǎo)材料折射率與結(jié)構(gòu)參數(shù)對其傳輸性能的影響，并與水平楔形耦合波導(dǎo)的性能進(jìn)行了對比。與水平楔形相比，垂直楔形耦合波導(dǎo)應(yīng)用于平面光集成中，能以更短的長度實現(xiàn)較高的耦合效率，利于減小器件尺寸，制作結(jié)構(gòu)更為緊湊的集成器件。最后詳細(xì)介紹了垂直楔形波導(dǎo)的制備方法。
　　 以InP基1.55μm量子阱激光器為例，對半導(dǎo)體激光器的制備工藝進(jìn)行了深入的研究；掌握了從材料生長到后工藝制備