光通信網(wǎng)絡(luò)離不開光交換技術(shù),目前商用的大規(guī)模光交換節(jié)點(diǎn)通過“光-電-光”方式實(shí)現(xiàn)。然而,隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)速率的不斷增加,這種交換方式面臨著“電子瓶頸”和節(jié)點(diǎn)功耗大等問題。采用硅光子芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)全光交換結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是解決上述問題的一種有效途徑。硅光子集成芯片能夠減小設(shè)備體積,降低功耗;與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝兼容,節(jié)約成本。本文研究大規(guī)模硅基光交換芯片的設(shè)計(jì)和模塊封裝,并完成芯片系統(tǒng)性能測試和相關(guān)傳輸實(shí)驗(yàn)。主要工作內(nèi)容包括以下四個方面:1.對基于馬赫-曾德干涉儀（MZI）和微環(huán)諧振器的集成光開關(guān)單元進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)和開關(guān)性能測試,每個光開關(guān)單元都集成了n-i-n熱電阻和p-i-n結(jié),其中MZI開關(guān)采用載流子注入原理,開關(guān)消光比達(dá)21 dB;微環(huán)開關(guān)采用熱光效應(yīng),開關(guān)消光比達(dá)18 dB。在此基礎(chǔ)上,對幾種典型光交換結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了比較,最終采用Benes結(jié)構(gòu)完成了光交換芯片模塊的設(shè)計(jì)和封裝,電學(xué)封裝通過金線健合連接到芯片引腳上,光學(xué)封裝通過光柵陣列實(shí)現(xiàn)光信號的耦合。為進(jìn)一步提高光交換芯片工作的穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)并制作了溫度控制模塊,芯片的整體溫度波動可控制在±0.03℃以內(nèi)。2.針對大規(guī)... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 硅光子學(xué)的市場需求和研究進(jìn)展
    1.3 硅基光開關(guān)的研究進(jìn)展
    1.4 本論文的研究內(nèi)容
第二章 光交換芯片與模塊設(shè)計(jì)
    2.1 MZI開關(guān)的設(shè)計(jì)與測試
        2.1.1 MMI的設(shè)計(jì)
        2.1.2 MZI調(diào)制臂的設(shè)計(jì)
        2.1.3 MZI性能測試
    2.2 微環(huán)開關(guān)的設(shè)計(jì)與測試
        2.2.1 微環(huán)開關(guān)的設(shè)計(jì)
        2.2.2 微環(huán)開關(guān)的測試
    2.3 光交換芯片結(jié)構(gòu)與封裝
        2.3.1 光交換芯片結(jié)構(gòu)
        2.3.2 芯片的模塊化封裝
        2.3.3 溫度控制模塊封裝
    2.4 本章小結(jié)
第三章 光交換芯片模塊的控制電路開發(fā)
    3.1 方案設(shè)計(jì)
        3.1.1 需求分析
        3.1.2 總體方案設(shè)計(jì)
        3.1.3 控制電路組成
    3.2 電路設(shè)計(jì)及其測試
    3.3 控制性能測試
    3.4 本章小結(jié)
第四章 MZI開關(guān)的穩(wěn)定驅(qū)動方案及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.1 硅基MZI光開關(guān)的控制特性分析
    4.2 硅基MZI光開關(guān)性能
    4.3 同步驅(qū)動方案
    4.4 本章小結(jié)
第五章 光交換集成芯片驗(yàn)證系統(tǒng)與芯片性能測試
    5.1 光交換設(shè)備的配置算法
        5.1.1 環(huán)路配置算法
        5.1.2 光交換設(shè)備故障特性分析
        5.1.3 基于光開關(guān)性能的改進(jìn)環(huán)路配置算法
    5.2 光交換核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備與芯片驗(yàn)證系統(tǒng)
        5.2.1 光交換核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備研制
        5.2.2 光交換芯片驗(yàn)證系統(tǒng)搭建
    5.3 光交換設(shè)備性能測試
        5.3.1 4 ×4性能測試
        5.3.2 16 ×16性能測試
        5.3.3 與其他光交換芯片性能的比較
    5.4 本章小結(jié)
第六章 光交換芯片的傳輸特性研究
    6.1 大容量數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)
        6.1.1 光梳光源的產(chǎn)生
            6.1.1.1 雙微環(huán)結(jié)構(gòu)的可控群速度色散
            6.1.1.2 增強(qiáng)型單孤子的產(chǎn)生
        6.1.2 大容量數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)
    6.2 關(guān)于大規(guī)模光交換矩陣構(gòu)建的一些考慮
        6.2.1 波導(dǎo)中的自由載流子非線性
            6.2.1.1 自由載流子非線性理論模型
            6.2.1.2 自由載流子非線性
            6.2.1.3 電極對非線性的影響
        6.2.2 多片級聯(lián)
            6.2.2.1 理論模型
            6.2.2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
            6.2.2.3 大規(guī)模光交換矩陣的構(gòu)建
    6.3 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]16 × 16 silicon Mach–Zehnder interferometer switch actuated with waveguide microheaters[J]. Shuoyi Zhao,Liangjun Lu,Linjie Zhou,Dong Li,Zhanzhi Guo,Jianping Chen.  Photonics Research. 2016(05)
[2]Analysis of the thermo-optic effect in lateral-carrier-injection SOI ridge waveguide devices[J]. 趙佳特,趙勇,王皖君,郝寅雷,周強(qiáng),楊建義,王明華,江曉清.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2010(06)



本文編號：3109008