絕緣硅微環(huán)濾波器與可重構(gòu)上下路復(fù)用器的研究.pdf

1、可重構(gòu)上下路復(fù)用器(ROADM)具有成本低、靈活性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于城域核心環(huán)網(wǎng)及其邊緣節(jié)點(diǎn)中，且將用于光纖到桌面/戶/樓/路邊(FTTx)接入網(wǎng)中。微環(huán)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)小型化、多功能RoADM的最佳方案之一。基于高折射率差絕緣硅(SOI)構(gòu)成的亞微米光波導(dǎo)，具有光波限制作用強(qiáng)、傳輸損耗低、易實(shí)現(xiàn)光子集成等優(yōu)點(diǎn)。本文面向ROADM城域網(wǎng)以及各類接入網(wǎng)的需求，建立了微環(huán)濾波器數(shù)值分析模型，提出并設(shè)計(jì)了SOI微環(huán)濾波器及其相應(yīng)的二極管

2、(p-i-n)電致可調(diào)結(jié)構(gòu)、新型ROADM模塊等，研制了SOI微環(huán)濾波器及ROADM芯片，具有重要的理論與實(shí)際意義。
　　 第二章建立了單微環(huán)四端口濾波器中光波與光信號(hào)傳輸理論模型。推導(dǎo)并得出非平行耦合波導(dǎo)分段耦合模方程，給出了分區(qū)耦合系數(shù)表達(dá)式，模擬分析了單微環(huán)四端口濾波器耦合系數(shù)隨耦合段縱向變化的情況及其下路/輸出端的頻譜。在此基礎(chǔ)上，建立了光信號(hào)在濾波器中傳輸?shù)臅r(shí)域有限差分-時(shí)頻轉(zhuǎn)換(FDTD-TFT)分析模型，獲得了高速

3、光脈沖在其中傳輸時(shí)的演變與下路端口眼圖。該法解決了傳統(tǒng)FDTD法占用內(nèi)存大、計(jì)算耗時(shí)的問題，為分析與設(shè)計(jì)微環(huán)濾波器提供了強(qiáng)有力的工具。
　　 第三章從獲取微環(huán)濾波器優(yōu)異譜線、提高光脈沖在其中傳輸性能的角度出發(fā)，提出了內(nèi)嵌微盤型微環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)，研究了該結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)與微盤直徑、盤環(huán)間距及盤間間距的關(guān)系?；贔DTD-TFT法，仿真分析且比較了該結(jié)構(gòu)與單、串聯(lián)、陣列微環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)的性能，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)可大大抑制光脈沖的時(shí)延抖動(dòng)，而單微

4、環(huán)濾波器不能滿足ITUT標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)了雙向、任意向陣列微環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)及4×4、8×8網(wǎng)格型微環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)，仿真獲得了光信號(hào)在各種結(jié)構(gòu)中傳輸路徑和傳輸率，證明了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性，可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)高效靈活且無阻塞傳輸，為研制ROADM模塊奠定了基礎(chǔ)。
　　 第四章針對(duì)內(nèi)嵌微盤型微環(huán)濾波器結(jié)構(gòu)，基于等離子色散調(diào)制效應(yīng)，建立了硅二極管載流子色散模型，提出并設(shè)計(jì)了內(nèi)嵌多盤圓形-雙扇、內(nèi)嵌4微盤齒輪形-雙扇和雙半圓-雙扇電極結(jié)構(gòu)?；赟ilvac

5、o軟件，分別仿真分析了這些結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵剖面處在N、P區(qū)摻雜濃度均為le20cm-3和N、P區(qū)分別為le20cm3，2e19cm-3時(shí)的電流-電壓特性以及載流子濃度變化狀況，得出波長偏移量。將這些電極結(jié)構(gòu)直接用于4×4、8×8網(wǎng)格型微環(huán)濾波器中，設(shè)計(jì)了可電調(diào)諧的ROADM模塊。
　　 第五章重點(diǎn)討論了研制SOI ROADM平面光波光路(PLC)芯片的CMOS工藝、流程與步驟?；赟OI單模波導(dǎo)以及直波導(dǎo)/微環(huán)/微盤間亞微米尺寸，詳細(xì)

6、討論了制作SOIROADM-PLC芯片的主要步驟及關(guān)鍵工藝參數(shù)，分析比較了采用電子束直接刻寫(Ebeam)與干法刻蝕的質(zhì)量。經(jīng)過多次試驗(yàn)，在0.5μm工藝線上成功地獲得寬度和間距都為0.3μm的波導(dǎo)與微環(huán)圖形，在4”SOI晶片上研制出微環(huán)濾波器、ROADM系列芯片。最后對(duì)此次設(shè)計(jì)的12組微環(huán)濾波器陣列、ROADM模塊芯片進(jìn)行了說明，給出了6層相位掩模版設(shè)計(jì)圖形及芯片實(shí)物照片，核實(shí)了關(guān)鍵部位的尺寸。
　　 第六章基于實(shí)驗(yàn)室的PLC