本文關(guān)鍵詞：硅基集成微波光子學(xué)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微波光子學(xué)將射頻(RF)工程與光電子技術(shù)融合,利用光電子大帶寬、可調(diào)諧、抗電磁干擾等優(yōu)異特性,一方面可以實(shí)現(xiàn)直接在射頻領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)起來(lái)復(fù)雜或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能,另一方面為現(xiàn)有的光電子通信技術(shù)創(chuàng)造了新的機(jī)遇。微波光子學(xué)已經(jīng)在很多領(lǐng)域如寬帶無(wú)線通信、衛(wèi)星通信、高清電視、太赫茲技術(shù)和相控陣?yán)走_(dá)等獲得廣泛應(yīng)用,其主要實(shí)現(xiàn)的功能可以概括為：微波／毫米波或太赫茲(THz)信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸及處理。未來(lái)對(duì)微波光子學(xué)提出新的挑戰(zhàn)：在實(shí)現(xiàn)更高速度、帶寬、處理能力及動(dòng)態(tài)范圍的同時(shí),要求器件和系統(tǒng)具有尺寸小、重量輕、功耗低及更強(qiáng)的電磁干擾抗性。這一要求衍生出新的研究方向,即集成微波光子學(xué),意在實(shí)現(xiàn)微波光子系統(tǒng)的芯片集成,降低系統(tǒng)成本、尺寸、功耗,并增加系統(tǒng)的可調(diào)諧、可編程、機(jī)械抗性及電磁抗性等,實(shí)現(xiàn)微波光子系統(tǒng)的芯片化和產(chǎn)品化。截至目前,集成光電子已取得豐碩成果,人們已經(jīng)可以在多種不同的材料體系上實(shí)現(xiàn)光子集成回路,包括：以InP為代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料、SOI材料、Si3N4/SiO2材料、玻璃材料、聚合物材料、以及能產(chǎn)生表面等離子體激元的金屬／電介質(zhì)材料等等,可以根據(jù)不同的應(yīng)用選擇不同的光子集成技術(shù)。本論文的研究主要集中于SOl光電子集成材料,設(shè)計(jì)并制作高性能硅基光子集成器件,實(shí)現(xiàn)微波光子學(xué)三個(gè)領(lǐng)域(信號(hào)產(chǎn)生、傳輸及處理)中若干應(yīng)用的芯片集成,并探究其性能。本文的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新主要在以下三個(gè)方面：1.信號(hào)產(chǎn)生方面：(1)、利用III-V/Silicon DFB雙模激光器實(shí)現(xiàn)了頻率為0.357 THz的太赫茲信號(hào)產(chǎn)生,功率-30dBm,線寬4.2MHz,信噪比40dB,頻率抖動(dòng)28MHz,可以攜帶至少20GHz的基帶信號(hào)。在注入電流73mA-105mA及環(huán)境溫度15。C-300C范圍內(nèi)依然保持良好性能。(2)、利用硅基微環(huán)調(diào)制器實(shí)現(xiàn)了RF信號(hào)頻率倍頻,10GHz微波信號(hào)輸入到微環(huán)調(diào)制器上,20GHz微波信號(hào)從光電探測(cè)器中輸出,諧波抑制比大于20dB。2.信號(hào)傳輸方面：(1)、應(yīng)用于Radio-over-fiber的硅基光子高速調(diào)制器的非線性分析。建立Mach-Zehnder硅基光調(diào)制器載流子色散效應(yīng)的非線性模型,利用Silvaco及Matlab軟件計(jì)算有效折射率與調(diào)制電壓的非線性關(guān)系。分析該非線性關(guān)系對(duì)超寬帶信號(hào)(UWB)、差分相移鍵控信號(hào)(DPSK)的傳輸性能影響,包括噪聲、啁啾及色散損耗特性等。(2)、應(yīng)用于Radio-over-fiber的硅基光子高速調(diào)制器的非線性改善。設(shè)計(jì)并制作基于雙光束干涉的硅基微環(huán)調(diào)制器,利用其Fano調(diào)制曲線的非線性抵消載流子色散效應(yīng)的非線性,降低調(diào)制器的三階互調(diào)失真,進(jìn)而增加鏈路的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR3)。3.信號(hào)處理方面：構(gòu)建基于硅基(SO1)微環(huán)諧振器的兩種瞬時(shí)頻率測(cè)量(IFM)系統(tǒng)。其中一種微環(huán)諧振器有很低的Q值(3974),可以實(shí)現(xiàn)大帶寬的IFM系統(tǒng),達(dá)到0.5GHz-35GHz;而另一種微環(huán)諧振器的Q值達(dá)25833,實(shí)現(xiàn)了高精度的IFM系統(tǒng),均方根誤差在0.1GHz左右。
【關(guān)鍵詞】：集成微波光子學(xué) 太赫茲 倍頻 調(diào)制器線性度優(yōu)化 微波頻率測(cè)量
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN015;O572.31
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-20
• 1 緒論20-46
• 1.1 引言20
• 1.2 微波光子學(xué)的發(fā)展20-27
• 1.3 硅基光子學(xué)的發(fā)展27-31
• 1.4 硅基集成微波光子學(xué)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)31-36
• 1.4.1 硅基集成微波光子學(xué)的研究現(xiàn)狀31-35
• 1.4.2 硅基集成微波光子學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)35-36
• 1.5 本論文工作的主要內(nèi)容36-38
• 參考文獻(xiàn)38-46
• 2 微波信號(hào)產(chǎn)生——太赫茲信號(hào)產(chǎn)生和微波信號(hào)頻率倍頻46-76
• 2.1 基于集成Ⅲ-Ⅴ/Silicon雙模DFB激光器的太赫茲信號(hào)產(chǎn)生46-59
• 2.1.1 引言46-48
• 2.1.2 DFB激光器的工作原理48-53
• 2.1.3 Ⅲ-Ⅴ/Silicon非對(duì)稱四分之一(波長(zhǎng))相移DFB雙模激光器陣列53-57
• 2.1.4 0.357 THz太赫茲信號(hào)產(chǎn)生57-59
• 2.2 基于純硅微環(huán)調(diào)制器的微波信號(hào)產(chǎn)生59-71
• 2.2.1 引言60-61
• 2.2.2 硅基微環(huán)調(diào)制器的基本原理61-62
• 2.2.3 基于微環(huán)調(diào)制器的高頻率微波信號(hào)產(chǎn)生62-66
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論66-71
• 2.3 小結(jié)71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 3 微波信號(hào)傳輸——硅基調(diào)制器線性度優(yōu)化76-122
• 3.1 硅基調(diào)制器載流子色散效應(yīng)對(duì)UWB、DPSK信號(hào)的影響76-91
• 3.1.1 引言76-80
• 3.1.2 硅基MZM產(chǎn)生UWB信號(hào)理論及載流子色散效應(yīng)的建模仿真80-82
• 3.1.3 載流子色散效應(yīng)對(duì)DSB-UWB和QSSB-UWB信號(hào)的影響82-86
• 3.1.4 載流子色散效應(yīng)對(duì)DPSK信號(hào)的影響86-91
• 3.2 硅基調(diào)制器的線性度優(yōu)化91-114
• 3.2.1 引言91-94
• 3.2.2 幾種硅基調(diào)制器的線性度優(yōu)化方案94-101
• 3.2.3 基于側(cè)向PN結(jié)和交趾型PN的二階諧波失真101-106
• 3.2.4 基于雙光束干涉的微環(huán)諧振器的SFDR改善106-114
• 3.3 小結(jié)114-115
• 參考文獻(xiàn)115-122
• 4 微波信號(hào)處理——微波頻率測(cè)量122-132
• 4.1 基于硅基微環(huán)諧振器的微波頻率測(cè)量系統(tǒng)122-129
• 4.1.1 引言122-125
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)原理125-127
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果127-129
• 4.2 小節(jié)129-130
• 參考文獻(xiàn)130-132
• 5 總結(jié)和展望132-138
• 5.1 硅基集成微波光子學(xué)總結(jié)132-136
• 5.2 工作中的不足和展望136-137
• 參考文獻(xiàn)137-138
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀博士學(xué)位期間的研究成果138-139

  本文關(guān)鍵詞：硅基集成微波光子學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：253318