光通訊技術(shù)是現(xiàn)代信息化社會(huì)的技術(shù)基石,隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時(shí)代的降臨,整個(gè)社會(huì)對(duì)高速度、大容量、低延遲的信息交流需求正與日俱增�；诠庾蛹杉夹g(shù)的光纖通訊技術(shù)方案在提高現(xiàn)有的信息交互速度和通訊容量方面有著巨大的潛力并已經(jīng)被逐步應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)中心等光纖通訊核心系統(tǒng)當(dāng)中�；诠庾蛹傻墓饫w信號(hào)收發(fā)器是光纖通訊中的核心器件,然而它的制備存在制造工藝復(fù)雜、芯片制造成本高,不利于大規(guī)模生產(chǎn)等方面的問(wèn)題。多模干涉波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是光子集成中一種常用的無(wú)源器件,它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊,非常利于加工,被大量的應(yīng)用于功分器件、波分復(fù)用、光開(kāi)關(guān),光耦合器等領(lǐng)域。本文通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有的III-V族激光芯片結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)中引入有源的多模干涉波導(dǎo)結(jié)構(gòu)作為分束器、耦合器和放大器的方式,提出一種在III-V族襯底上同樣無(wú)需二次外延即可制作的光收發(fā)器結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化了現(xiàn)有的光子集成光纖收發(fā)器的工藝方案。本文主要研究基于III-V族多量子阱有源襯底的,無(wú)需二次生長(zhǎng)的光子集成技術(shù)。通過(guò)在有源襯底上集成980nm波段的單模DFB半導(dǎo)體激光器和后端的片上光學(xué)放大器件,實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器光束質(zhì)量的優(yōu)化,抑制腔面災(zāi)變效應(yīng)和提高激光器輸出功率;具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)分析并利用多種仿真方法對(duì)多模干涉波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真,通過(guò)對(duì)有源多模干涉波導(dǎo)(Active MMI)的工作方式的分析,提出了一種改進(jìn)的有限時(shí)域差分算法,這種算法可對(duì)光場(chǎng)在Active MMI器件的中分布的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行跟蹤和仿真,相較于傳統(tǒng)的類似的算法,概算法消耗的計(jì)算資源很少,有利于進(jìn)行大規(guī)模高精度的仿真計(jì)算。(2)設(shè)計(jì)并制作了一種以多模干涉波導(dǎo)作為激光諧振腔的半導(dǎo)體激光芯片;提出了DFB激光器加有源MMI共同作為激光器諧振腔的激光芯片結(jié)構(gòu),對(duì)這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行的建模和仿真;采用Lastip軟件計(jì)算橫向光場(chǎng)分布圖,PICS3D軟件計(jì)算器件中載流子分布情況。并利用自行開(kāi)發(fā)的FDTD算法對(duì)器件進(jìn)行了仿真模擬;制備了相應(yīng)的器件,對(duì)比相同長(zhǎng)度和尺寸的脊型半導(dǎo)體激光器,激光器的輸出功率和電光轉(zhuǎn)換效率得到了一定程度的提高。(3)提出了一種新型的基于聚合物平面光路混合集成平臺(tái)的熱光調(diào)制結(jié)構(gòu),通過(guò)引入石墨烯作為微加熱絲,該結(jié)構(gòu)有效的降低了傳統(tǒng)熱光調(diào)制結(jié)構(gòu)的功耗,同時(shí)提升了傳統(tǒng)熱光調(diào)制結(jié)構(gòu)的響應(yīng)速度。在通過(guò)仿真模擬與傳統(tǒng)器件進(jìn)行性能對(duì)比的同時(shí),還提出了具體制作工藝流程,分析并驗(yàn)證了這種結(jié)構(gòu)與通用電源的兼容性和設(shè)計(jì)的容差范圍。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN248.4;TN929.11
【部分圖文】：

圖 1.1 早期光子集成的激光芯片結(jié)構(gòu)：a)集成了 HBT 和激光二極管的芯片結(jié)構(gòu)[14](b)集成了 EAM 的 DFB 激光芯片結(jié)構(gòu)[15](c)三段式的 DBR 激光芯片結(jié)構(gòu)[15]Fig 1.1 Structure of early age Photonic Integration Laser Diode在完成了激光光源器件的開(kāi)發(fā)之后，光子集成研究的下一個(gè)重點(diǎn)是陣列波導(dǎo)(Array Waveguide Grating, AWG)或者相控陣列(Phased Array, PHASAR)構(gòu)成的通道。這種通道與增益區(qū)域和 EAM 集成，即可構(gòu)成多通道輸出的可調(diào)制光與光探測(cè)器(PDs)集成即可構(gòu)成多通道的光接收系統(tǒng)。到上個(gè)世紀(jì)結(jié)束，有的最復(fù)雜的光子集成系統(tǒng)是一個(gè)集成了兩路 AWG 的四通道互聯(lián)光網(wǎng)絡(luò)，每 AWG 上帶有十六個(gè)馬赫澤德干涉(Mace-Zehnder Interferometer, MZI)光開(kāi)關(guān)]。到這個(gè)階段，實(shí)驗(yàn)室里能制作的最復(fù)雜的芯片仍然沒(méi)有超過(guò)二十個(gè)組件。在低層次上進(jìn)行集成的研究方式一直持續(xù)到了二十一世紀(jì)初。

圖 1.2 光子集成的陣列波導(dǎo)光柵[17]：(a)AWG 與 SOA 和 WDM 集成 (b)AWG 與 SOA 和 EAM 集成(c)AWG 與 PD 集成Fig 1.2 Photonic Integrated Array Waveguide Grating[17]直到 2003 年，才有了邁向大規(guī)模光子集成電路(Large-scale Phonic IntegratedCircuit, LS-PIC)的第一步的相關(guān)報(bào)道，三五光子(ThreeFive PhonticsTM)報(bào)道了他們制作的有四十四個(gè)通道的波分復(fù)用多路器(Wavelength Division Multiplexer, WDM)構(gòu)成的功率監(jiān)視芯片[18,19]。第一款成功的商用大規(guī)模光子集成芯片由英飛朗(InfineraTM)于 2004 年推出，這款芯片由十通道的發(fā)射器組成，每一路通道都可以工作在 10Gb/s 的調(diào)制速度下[20]。這款芯片已經(jīng)集成了超過(guò)五十個(gè)部件，也是第一款可以用來(lái)處理實(shí)際光網(wǎng)絡(luò)工作的大規(guī)模光子集成芯片。這部分的研究很快被跟進(jìn)，2006 年,已經(jīng)有報(bào)道開(kāi)發(fā)出了由四十個(gè)通道組成的單片 InP 發(fā)射器，每

圖 1.3 三五光子報(bào)道的四十四通道功率監(jiān)視芯片[18]結(jié)構(gòu) (b)芯片截面結(jié)構(gòu)示意 (c)在 Echelle Grating 區(qū)域深刻蝕的 SEMig 1.3 Three-Five Photonics Reported 44-Channel Power Monitor Chip 1.4 英飛朗制造的第一款商用的大規(guī)模光子集成的信號(hào)發(fā)射芯片[20]
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3 ;光子集成帶來(lái)新希望[J];數(shù)字通信世界;2008年05期

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6 侯小東;;以光子集成創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展為己任——記北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院劉克教授[J];中國(guó)發(fā)明與專利;2012年09期

7 ;愛(ài)立信攜手圣安娜高等學(xué)校研發(fā)創(chuàng)新光子集成5G技術(shù)[J];電信網(wǎng)技術(shù);2015年07期

8 曹軍苗;;Infinera(英飛朗)開(kāi)啟全新的光網(wǎng)絡(luò)時(shí)代[J];郵電設(shè)計(jì)技術(shù);2008年05期

9 朱曉峰;;光子集成技術(shù)對(duì)城域光傳送網(wǎng)的優(yōu)化[J];江蘇通信;2014年01期

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4 張立江;InP基高速單片光子集成器件關(guān)鍵工藝的研究[D];清華大學(xué);2004年

5 白丹;氮化鎵量子阱波導(dǎo)及波導(dǎo)集成器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

6 許銀;面向可見(jiàn)光通信的氮化鎵量子阱光波導(dǎo)集成研究[D];南京郵電大學(xué);2017年

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本文編號(hào)：2859655