【摘要】：隨著硅光子集成技術(shù)的不斷發(fā)展,基于硅隔離體(SOI)的光調(diào)制器芯片技術(shù)開始受到關(guān)注。本文開展硅基馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)芯片的設(shè)計、封裝、測試等方面的研究工作,具體涉及基于載流子色散效應(yīng)的電光MZM和基于磁光非互易性原理的磁光MZM兩種光調(diào)制器芯片。主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新如下:1.針對脊型SOI波導(dǎo),采用Lumerical仿真軟件建立了PIN和PIP的電極模型,分別仿真了施加電壓對載流子濃度和熱場分布的影響,分析了其有效折射率的變化規(guī)律。通過優(yōu)化設(shè)計多模干涉(MMI)耦合器、SOI光波導(dǎo)橫截面尺寸和長度,以及影響熱串?dāng)_的MZI兩臂之間距離,最終設(shè)計并外協(xié)加工出一款電光MZM硅基芯片,具體參數(shù)如下:脊型波導(dǎo)的橫截面尺寸為0.5μm×0.22μm,摻雜區(qū)的厚度為60nm,調(diào)制臂長度為1mm。2.完成了電光MZM芯片的電學(xué)封裝和光學(xué)封裝,以及溫度模塊的開發(fā)。根據(jù)所設(shè)計MZM芯片的電極分布,設(shè)計制作了芯片的PCB載板,并采用金線進行了電學(xué)封裝和電阻測試;之后,采用光纖陣列與芯片的輸入、輸出光柵進行了垂直耦合光學(xué)封裝,并用紫外(UV)膠進行固定。測試結(jié)果表明,在1550nm光波長,光纖陣列的輸入端口到輸出端口的插入損耗約為15dB,與光學(xué)封裝前接近。通過芯片載板上安裝熱敏電阻的方式,對整個芯片的溫度進行監(jiān)控,在溫控電路配合下可實現(xiàn)0.03℃的溫度控制精度。3.搭建了電光MZM芯片模塊的實驗測試平臺,利用任意波形發(fā)生器(AWG)產(chǎn)生的OOK信號對芯片PIN電極施加電壓,完成了光調(diào)制功能測試。當(dāng)PIP電極電壓設(shè)置在4.1V、信號直流偏置為0.7V時,實驗測得的3dB調(diào)制帶寬為340MHz,其最大消光比為21.1dB。研究表明,MMI的加工精度和載流子濃度的變化速度是影響調(diào)制器帶寬的主要因素。4.利用硅基磁光波導(dǎo)中傳播常數(shù)的非互易特性,設(shè)計出一種磁光MZM芯片,給出了具體的設(shè)計步驟。將Comsol和Matlab仿真軟件相結(jié)合,分別從微帶線的阻抗特性、磁光材料的微波特性,以及磁光非互易性三個方面,對磁光MZM特性進行了仿真。通過在微帶線上施加不同頻率的正弦波方式,評估了磁光MZM芯片的頻率響應(yīng)。當(dāng)偏置磁場H_a為900Oe時,磁光調(diào)制帶寬可達10GHz,增大偏置磁場還可以使磁光調(diào)制帶寬進一步增加。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN40

【參考文獻】

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本文編號：2590867